淡談利用三維建模技術(shù)制作機(jī)械電子教具.doc

三維建模技術(shù)制作機(jī)械類電子教具摘要：本文件是關(guān)于電子機(jī)械教具制作的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)交流，供機(jī)械教學(xué)同行們共享。從制作軟件到一個(gè)舉例，深入的介紹了電子模型教具的制作全過程。關(guān)鍵詞：機(jī)械機(jī)構(gòu) 3DS MAX 電子教具 演示動(dòng)畫長(zhǎng)期從事機(jī)械制圖、機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)工作的老師們都有一個(gè)共同的困擾，在教學(xué)中的模型教具很難購買到。親自制作難度更大。如果用真實(shí)的機(jī)械零件，又重又小，顏色不醒目。很多學(xué)校采用掛圖的方式來解決，也只能展示一個(gè)角度的教學(xué)應(yīng)用。本人解決此問題的方法是用電腦制作電子模型。在多媒體教室上重要課程，效果奇佳。電子模型的優(yōu)點(diǎn)是可以放大觀察細(xì)節(jié)局部，360度旋轉(zhuǎn)展示。在機(jī)械制圖機(jī)械基礎(chǔ)等課程中運(yùn)用比較好，特別是講機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)內(nèi)容時(shí)，用動(dòng)畫演示其運(yùn)動(dòng)過程，讓學(xué)生能非常清晰的了解到書本上靜態(tài)的抽象的機(jī)械原理。學(xué)生在觀看學(xué)習(xí)過程中非常容易懂，而且注意力也特別集中。電子模型課件的通用性也非常好，只要按照教材做好一套模型，所有機(jī)械類老師都可以使用。在目前，我國網(wǎng)絡(luò)上還沒有出現(xiàn)這樣一套免費(fèi)的模型軟件，本校機(jī)械組已開始著手制作高教版機(jī)械制圖機(jī)械基礎(chǔ)的部分重要課程的電子模型。在不久的將來，就會(huì)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)。供全國所有機(jī)械類老師學(xué)生免費(fèi)使用。但是，電子模型對(duì)老師的要求比較高，要會(huì)用計(jì)算機(jī)軟件，會(huì)制作。要求學(xué)校要有寬裕的多媒體教室。但是對(duì)一般學(xué)校應(yīng)該不成問題。接下來，我就電子模型的運(yùn)用與制作來跟大家交流一下。一、 制作軟件利用三維動(dòng)畫軟件AUTO 3DMAX 3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱為3ds Max或MAX，是Autodesk公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件。在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。擁有強(qiáng)大功能的3DS MAX被廣泛地應(yīng)用于電視及娛樂業(yè)中，比如片頭動(dòng)畫和視頻游戲的制作，深深扎根于玩家心中的勞拉角色形象就是3DS MAX的杰作。在影視特效方面也有一定的應(yīng)用。而在國內(nèi)發(fā)展的相對(duì)比較成熟的建筑效果圖和建筑動(dòng)畫制作中，3DS MAX的使用率更是占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)對(duì)3DS MAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對(duì)來說要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡(jiǎn)單的動(dòng)畫；片頭動(dòng)畫和視頻游戲應(yīng)用中動(dòng)畫占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓?dòng)畫的要求要高一些；影視特效方面的應(yīng)用則把3DS MAX的功能發(fā)揮到了極至。 平面動(dòng)畫控制器FLASHFlash 是一種創(chuàng)作工具，設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員可使用它來創(chuàng)建演示文稿、應(yīng)用程序和其它允許用戶交互的內(nèi)容。Flash 可以包含簡(jiǎn)單的動(dòng)畫、視頻內(nèi)容、復(fù)雜演示文稿和應(yīng)用程序以及介于它們之間的任何內(nèi)容。通常，使用 Flash 創(chuàng)作的各個(gè)內(nèi)容單元稱為應(yīng)用程序，即使它們可能只是很簡(jiǎn)單的動(dòng)畫。您也可以通過添加圖片、聲音、視頻和特殊效果，構(gòu)建包含豐富媒體的 Flash 應(yīng)用程序。Flash 特別適用于創(chuàng)建通過 Internet 提供的內(nèi)容，因?yàn)樗奈募浅Ｐ?。Flash 是通過廣泛使用矢量圖形做到這一點(diǎn)的。與位圖圖形相比，矢量圖形需要的內(nèi)存和存儲(chǔ)空間小很多，因?yàn)樗鼈兪且詳?shù)學(xué)公式而不是大型數(shù)據(jù)集來表示的。位圖圖形之所以更大，是因?yàn)閳D像中的每個(gè)像素都需要一組單獨(dú)的數(shù)據(jù)來表示。兩個(gè)軟件的使用是配合來的，用3D建立立體模型，然后導(dǎo)出動(dòng)畫，在FLASH中進(jìn)行控制設(shè)置。這兩個(gè)軟件的應(yīng)用，表面上看來是比較復(fù)雜的，許多教師望而卻步。其實(shí)也不是想象中的那么難。作為機(jī)械專業(yè)老師，一定要學(xué)會(huì)運(yùn)用這個(gè)軟件，在自己的教學(xué)中才可以得心應(yīng)手。二、 舉例教程接下來我用一例子來說明制作與運(yùn)用的全過程，與大家一起分享。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)動(dòng)畫與模型制作。（象火車輪一樣的運(yùn)動(dòng)）安裝并打開軟件，用BOX工具創(chuàng)建曲柄兩個(gè)，機(jī)架一個(gè)，連桿一個(gè)。機(jī)架、曲柄、連桿分別用不同的顏色表示，以便在教學(xué)時(shí)利于講解。然后從三個(gè)圖視對(duì)齊，并制作四個(gè)小圓柱，放置在關(guān)節(jié)點(diǎn)上。在調(diào)整面板中選擇“次物體集”，選擇“軸”，選擇“僅影響軸”。對(duì)四個(gè)物體的中心高整到關(guān)節(jié)點(diǎn)上，以便制作動(dòng)畫時(shí)，按關(guān)節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。打開“圖解視圖”對(duì)話，按照?qǐng)D上的層級(jí)關(guān)系，設(shè)置好連接關(guān)系。連接的方法很簡(jiǎn)單，直接從上一物體拖向另一物體，就可以建立連接關(guān)系。指定動(dòng)畫關(guān)系，在主菜單中選擇“動(dòng)畫”，選擇“IK解算器”，選擇“HD解算器”。這樣，我們就指定了一種正向的動(dòng)畫交互關(guān)系。接下來，在調(diào)整面板中選擇“IK”，下面選擇“交互式IK”。然后，向下拖動(dòng)，選擇“轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)”，將Y軸活動(dòng)的小勾去掉，也就是禁止Y軸向的運(yùn)動(dòng)，X軸和Z軸可以運(yùn)動(dòng)。在透視圖中，用旋轉(zhuǎn)工具，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)曲柄。我們觀察到連桿與從動(dòng)曲柄也一起動(dòng)起來了。設(shè)置成功。接下來，我們制作動(dòng)畫。在界面的下方，選擇“自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)”，這個(gè)的表示，計(jì)算機(jī)開始記錄動(dòng)畫。將時(shí)間滑塊拖動(dòng)到第一幀，然后，在透視圖中將機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到適合的角度，比如90度位置。按一下“自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)”旁邊的KEY圖形按鈕，表示記錄一次。又將時(shí)間滑塊拖到50幀。在透視圖中將機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到270度位置，再按一下“自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)”旁邊的KEY圖形按鈕，表示記錄一次。又將時(shí)間滑塊拖到100幀。在透視圖中將機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到90度位置，再按一下“自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)”旁邊的KEY圖形按鈕，表示記錄一次。點(diǎn)播放按鈕，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)畫成功了。最后是輸出，選擇“渲染”，選擇“渲染”。跳出對(duì)話欄，如圖。范圍設(shè)置0-100幀，輸出大小640*480，這個(gè)大小，合適多媒體教室的顯示。保存位置自定，格式可以選AVI，這是視頻文件。也可選序列文件，最后在FLASH中來控制，這樣最好。設(shè)置好后選擇“渲染”，就開始一幀一幀的渲染，從0-100幀。將動(dòng)畫導(dǎo)出以后，打開FLASH軟件。在FLASH中導(dǎo)入，進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。動(dòng)畫效果附在電子文檔中，請(qǐng)查看效果。這樣，我們就制作好了一個(gè)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)