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工程制圖虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)
虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRM因具有實(shí)時(shí)交互性的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建。下面是小編分享的工程制圖虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)，歡迎大家閱讀！
一、引言
《工程制圖》是理工科各專(zhuān)業(yè)特別是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，在《工程制圖》教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生讀圖能力的重要工具�！皺C(jī)械部件測(cè)繪”就是一門(mén)將理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)踐知識(shí)的課程。多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及畢業(yè)生的反饋信息表明，“機(jī)械部件測(cè)繪”不僅進(jìn)一步提高了學(xué)生繪制機(jī)械圖樣的能力，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獨(dú)立工作的能力起到了重要作用。
二、工程制圖實(shí)體測(cè)繪現(xiàn)狀分析
在實(shí)際測(cè)繪過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，例如測(cè)繪部件缺乏完整性。由于測(cè)繪部件歷經(jīng)多屆學(xué)生測(cè)繪后會(huì)有一些零件丟失、損壞，因此后來(lái)測(cè)繪的學(xué)生會(huì)有一定的困難，對(duì)部件測(cè)繪知識(shí)的了解應(yīng)用缺乏全面性。在測(cè)繪實(shí)訓(xùn)中，由于時(shí)間原因，往往是3―4人為一組測(cè)繪同一個(gè)部件。這樣他們往往只會(huì)關(guān)注自己測(cè)繪的部件，對(duì)其他常見(jiàn)測(cè)繪部件掌握較少，大部分學(xué)生對(duì)部件測(cè)繪知識(shí)的了解應(yīng)用缺乏全面性。這種現(xiàn)象在目前高校招生人數(shù)大幅度增加，制圖課時(shí)削減，教師課后的輔導(dǎo)答疑，批改作業(yè)的壓力急劇增加的情況下顯得更為突出。
三、解決思路
虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一種用于在Internet上構(gòu)筑3D多媒體和共享虛擬世界的開(kāi)放式語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。由于有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)交互性，現(xiàn)已廣泛用于虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，因此我們構(gòu)建《工程圖學(xué)》虛擬實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生能夠預(yù)先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)了解、完成部分實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，了解實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)空間想象能力、空間思維能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將零部件模型與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)演示以網(wǎng)頁(yè)形式給出，學(xué)生可全方位地人機(jī)互動(dòng)式地進(jìn)行圖像瀏覽，還可生成標(biāo)準(zhǔn)的基本視圖。學(xué)習(xí)者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)足不出戶(hù)，便可輕松地瀏覽立體互動(dòng)的機(jī)構(gòu)、零部件展示。這具有很強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。正是基于這種理念，我們建立了工程制圖網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，并將其應(yīng)用于實(shí)際的教學(xué)中。
四、虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)
1.實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的搭建
目前網(wǎng)絡(luò)課件開(kāi)發(fā)工具很多，本次《工程制圖》虛擬實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)采用以下思路方法:
首先是框架設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)課件的框架一般用FrontPage、DreamWeaver等網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)軟件編制。本課件框架設(shè)計(jì)采用FrontPage，因?yàn)樗?jiǎn)單易上手。然后是圖像處理。用PhotoShop等圖像處理軟件可進(jìn)行界面及藝術(shù)字的美觀(guān)設(shè)計(jì)。接下來(lái)是動(dòng)畫(huà)制作。Flash是Macromedia公司的一個(gè)網(wǎng)頁(yè)交互動(dòng)畫(huà)制作工具，與其他工具相比，它具有矢量描述、播放流暢、數(shù)據(jù)量小、色彩鮮明等特點(diǎn)。3DS Max是Autodesk公司著名的三維造型及動(dòng)畫(huà)制作軟件，用3DS Max制作.avi及.flc動(dòng)畫(huà)，再用Flix軟件將.avi文件轉(zhuǎn)換成小巧的.swf文件，便于低帶寬網(wǎng)傳送，這樣就可以在低帶寬情況下實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播。
2.交互式虛擬測(cè)繪模型庫(kù)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)
工程制圖網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室主要由虛擬模型庫(kù)、虛擬操作平臺(tái)組成。虛擬模型庫(kù)主要針對(duì)課堂教學(xué)和課后習(xí)題的模型所建立，主要有基本形體庫(kù)、組合形體庫(kù)和裝配體庫(kù)，模型采用Solidworks建立，模型庫(kù)通過(guò)Access軟件構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可完成模型的查找、添加、刪除和修改等功能，既方便日常的使用，又便于經(jīng)常對(duì)虛擬模型庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充和更新。
虛擬操作平臺(tái)由模型瀏覽單元、動(dòng)態(tài)仿真單元和解題引導(dǎo)單元三個(gè)部分組成。模型瀏覽單元和動(dòng)態(tài)仿真單元采用eDrawings軟件作為支撐軟體，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型在網(wǎng)絡(luò)上共享，可以實(shí)現(xiàn)模型任意方向、任意位置的拖曳、放大和旋轉(zhuǎn)操作，操作者可從主、后、俯、仰、左、右及軸測(cè)方向觀(guān)測(cè)模型，而且可以應(yīng)用水平、正垂、側(cè)垂平面截切模型，模型會(huì)隨截切平面動(dòng)態(tài)拖動(dòng)而實(shí)時(shí)發(fā)生變化，以便詳細(xì)了解模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)仿真單元主要針對(duì)裝配體而設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)裝配體的拆裝過(guò)程和工作原理的展示。該單元利用SolidWorks的裝配功能和動(dòng)畫(huà)仿真功能制作，并利用eDrawing進(jìn)行爆炸和動(dòng)畫(huà)演示。
經(jīng)過(guò)三維構(gòu)建的模型，尤其機(jī)械零部件，其圖形格式存貯量大，并且由于網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，難以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)瀏覽的交互操作。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器eDrawings壓縮三維軟件繪制出來(lái)的實(shí)體模型，可生成.eprt或.html格式文件，這兩種格式的文件大小只有幾kb，可以克服網(wǎng)絡(luò)傳輸上的問(wèn)題。此外，由于它帶有Built-in-Viewer內(nèi)嵌的瀏覽器，任何有微機(jī)的人都可快速地瀏覽eDrawings，無(wú)需附加CAD軟件或特殊的瀏覽器。同時(shí)它的瀏覽功能強(qiáng)大，可以方便地進(jìn)行瀏覽對(duì)象的放大、旋轉(zhuǎn)，以及進(jìn)行裝配體的爆炸及動(dòng)畫(huà)演示等操作。這樣工程制圖虛擬實(shí)驗(yàn)室就有了可靠的造型環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。
本次開(kāi)發(fā)出的實(shí)踐平臺(tái)在2009―2010年農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的測(cè)繪實(shí)習(xí)中進(jìn)行了試用，反映較好，但同時(shí)也存在學(xué)生過(guò)于依賴(lài)樣圖，畫(huà)出的圖與實(shí)物有差別的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)愈顯突出，因?yàn)闇y(cè)繪的零件，在網(wǎng)絡(luò)上基本都能找到完整圖樣。雖然部件一樣，但是我們的實(shí)物和網(wǎng)絡(luò)上的圖樣多多少少還是有些差異的，仍有部分學(xué)生盲目抄襲，這也是在測(cè)繪教學(xué)值得我們探討的又一新的課題。
五、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)實(shí)踐證明，工程制圖虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與應(yīng)用是成功的。此外，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和多層次化可使學(xué)生不受空間和時(shí)間的影響，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)能力，在第一時(shí)間找到他們?cè)谡n上和習(xí)題中所學(xué)的制圖知識(shí)所對(duì)應(yīng)的三維模型和工程圖，進(jìn)行課前課后自主學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)觀(guān)念。開(kāi)發(fā)虛擬測(cè)繪教學(xué)平臺(tái)是為了改進(jìn)測(cè)繪方法，提高測(cè)繪效率。需要注意的是，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)，但可以探索將其作為實(shí)物實(shí)驗(yàn)及課堂理論教學(xué)的補(bǔ)充。
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