工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1前言1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，目前網(wǎng)絡(luò)化教育代表了教育改革的一個發(fā)展方向，已經(jīng)成為現(xiàn)代教育的一個特征。事實上在線習題指導系統(tǒng)也正是人們的研究熱點之一。但是由于工程制圖圖形數(shù)據(jù)的復雜性和特殊性，工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)存在不同程度的難度。網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)的某門學科的教學內(nèi)容及實施的教學活動的總和。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)也正在蓬勃的發(fā)展。工程制圖在線習題指導系統(tǒng)是二次開發(fā)中制圖動畫的設(shè)計與實現(xiàn)。一方面,要分析并討論如何進行動畫設(shè)計的整個過程,包括工程制圖習題的選擇、解題過程的分析、Flash界面的規(guī)劃等方面,尤其結(jié)合系統(tǒng)的開發(fā)過程,敘述使用某種開發(fā)工具作為設(shè)計支撐平臺的全過程。另一方面,要從整個系統(tǒng)的應(yīng)用程序軟件部分的需求分析入手,按照軟件工程的開發(fā)要求,進行二次開發(fā)工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的設(shè)計過程。目前不管是國內(nèi)還是國外在這方面都在花費著大量的人力和物力，來實現(xiàn)教育的網(wǎng)絡(luò)化，讓學生不用天天呆在學校就能夠?qū)W習，并且可以反復練習自己不會的習題；從而也能夠通過這方面的研究來增強本國的科技水平與自動化水平，從而提高經(jīng)濟與軍事力量。1.2選題的目的及意義工程制圖是理工科類主要的基礎(chǔ)課之一，學生繪圖的能力直接影響學生今后在工程設(shè)計上的能力。由于傳統(tǒng)的工程繪圖教學方式，使得學生只能按照投影規(guī)律，在腦海中抽象的構(gòu)思立體圖形，不能有效地調(diào)動學生的空間思維能力；從而調(diào)動不出學生學習的主動性和積極性。因此，開發(fā)一個具有適合學生在線進行習題指導與練習的系統(tǒng)，具有很重要的實際意義和應(yīng)用價值。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,《工程制圖》的教學手段和方法也發(fā)生著日新月異的變化。它由傳統(tǒng)的黑板板書、掛圖、模型的授課形式,轉(zhuǎn)向了以計算機課件、虛擬模型演示等方法的教學模式上來,從而提高了教學的效率和質(zhì)量。機械設(shè)計中，一般都采用AutoCAD、Solidworks、Solidedge等設(shè)計軟件，在復雜CAD問題或特殊用途的設(shè)計中，依據(jù)原有軟件的功能往往難以解決問題或者效率低下，在此情況下，根據(jù)客戶的特殊用途進行軟件的客戶化定制和二次開發(fā)，往往能夠迅速提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和技術(shù)水平。當前我們?nèi)绾螌⑷S的圖更加形象的展現(xiàn)給設(shè)計人員，我們借助flash的功能，讓機械圖形象動漫一樣富有立體感與動態(tài)感，而工程制圖在線習題指導的設(shè)計也是實現(xiàn)這一功能的一部分。對工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的二次開發(fā)，是以"雙主模式"的教學設(shè)計為指導,開發(fā)研究多操作平臺間圖形交互的習題解答、在線指導、思路設(shè)計、動畫模擬和操作練習為一體的動態(tài)交互系統(tǒng),實現(xiàn)理論教學和實踐教學的適時交互。深入討論工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的設(shè)計,分析對圖形支撐平臺系統(tǒng)的要求,提出一個開放的由習題庫、答案庫和習題三維模型庫組成的習題集圖形庫系統(tǒng)。本文將工程制圖繪圖軟件與Flash動畫制作軟件相結(jié)合,并利用Dreamweaver網(wǎng)頁制作軟件，開發(fā)一套工程制圖在線習題指導系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：工程制圖習題原型、習題解題思路及過程、立體模型展示、習題解體結(jié)果與分析等，實現(xiàn)學生能夠在線進行習題指導的學習，提高自主學習，并且通過工程制圖動畫過程，提高學生的學習興趣，提高學生的立體空間分析能力。由于工程制圖課程的特殊性，需要對一些立體和元件模型有比較直觀形象的認識，通過普通的文字和圖片則難以達到很好的效果?？傊菊n題的設(shè)計主要實現(xiàn)學生能夠在線進行習題練習，擺脫沒有老師的現(xiàn)場指導就無法進行困難題的解答的麻煩，從而提高學生的自主學習的能力。2支撐平臺及開發(fā)工具的選擇2.1FlashMX制作動畫Macromedia公司是美國的一個著名軟件公司，它主要生產(chǎn)多媒體、網(wǎng)頁制作和網(wǎng)站管理軟件。在1998年，Macromedia公司收購了FutureSplash原創(chuàng)的電腦公司，同時將該公司生產(chǎn)的Director網(wǎng)絡(luò)插件FutureSplash繼續(xù)升級發(fā)展，相繼推出了Flash2,Flash3,Flash4,Flash5?，F(xiàn)在Macromedia公司終于推出了最新版本的FlashMX簡體中文版。MacromediaFlashMX根據(jù)設(shè)計者與開發(fā)者的要求，可以提供支持各種主要平臺與設(shè)備的Internet多媒體內(nèi)容及軟件。通過視覺處理，開發(fā)者可以嵌入軟件支持的多媒體客戶端技術(shù)。此外，習慣了MacromediaFlash的設(shè)計者也可以利用以后發(fā)表的支持MacromediaFlashMX的服務(wù)技術(shù)，進一步發(fā)展現(xiàn)有的制作技巧，將其嵌入發(fā)到多媒體應(yīng)用軟件中。Macromedia公司已經(jīng)把Flash與它的其他產(chǎn)品更加緊密的聯(lián)系在一起，目前，F(xiàn)lash的播放器代碼已植入到各種主流網(wǎng)頁瀏覽器中。Flash的功能可以使創(chuàng)建的網(wǎng)頁更加適應(yīng)各種網(wǎng)頁的瀏覽器。事實證明，目前還沒有哪個網(wǎng)頁制作軟件能像Flash一樣，可以既容易又出色地創(chuàng)作出一個高效、全屏和具有交互式動畫效果的網(wǎng)頁。Flash的用戶界面已被重新設(shè)計，它使專業(yè)圖像設(shè)計師和網(wǎng)頁設(shè)計師在使用它時感到更加方便。2.1.1FlashMX的功能介紹Flash具有強大的功能，以下是Flash的基本功能。（1）具有強大的矢量繪圖和動畫制作功能，圖像質(zhì)量高，制作的動畫和網(wǎng)頁數(shù)據(jù)量小。（2）導入和發(fā)布功能強?？梢詫朦c陣圖，OuickTime格式電影文件和MP3音樂格式文件等，可以發(fā)布MP3音樂格式文件等。（3）插件的工作方式。只要機器內(nèi)安裝ShockwaveFlash插件的瀏覽器，即可觀看FlashMX動畫。采用“流式方式”播放FlashMX動畫，文件沒有全部下載即可觀看已下載的內(nèi)容。（4）新的Flash播放器可以直接在網(wǎng)上下載最新版本的Flash播放器。（5）可以充分調(diào)用FlashMX文件內(nèi)部庫中的元件重復利用資源。只要這個庫下載后，其他電影都可以不再下載共享的文件，而直接使用這個庫中的文件，使文件字節(jié)數(shù)減少。（6）新增加了許多功能更強大的動作腳本函數(shù)、屬性和目標對象，兼容并支持Flash以前的版本。在使用動作腳本時，F(xiàn)lashMX將用顏色來區(qū)分哪些代碼對以前的Flash播放器兼容。（7）Apple授權(quán)使用Flash的播放器可以內(nèi)置于Apple產(chǎn)品中，這樣就可以通過OuickTime播放Flash的圖片、電影和具有交互能力的圖像。（8）采用與動作腳本類似的語法結(jié)構(gòu)以及新的文本編輯區(qū)和調(diào)試區(qū)，可進一步提高程序的開發(fā)能力，開發(fā)更多的可擴展的工具，用來開發(fā)Web應(yīng)用程序。（9）動作腳本編輯器允許有普通模式兩種模式。所有的腳本程序均可從外部腳本文件調(diào)入，外部的腳本文件可以是任何ASCII碼的文本文件。（10）支持XML。2.1.2FlashMX制作動畫的過程（1）從題材庫中選擇需要處理的圖形，如圖2.1所示；圖2.1工程機械習題圖（2）啟動FlashMX的工作界面；（3）打開“文件”菜單，創(chuàng)建一個新的FlashMX文檔；（4）通過“復制”——“粘貼”，將要處理的圖形導入FlashMX圖層1的舞臺上，在FlashMX圖層1的舞臺上，同時輸入解題步驟；（5）打開“窗口”菜單命令，在其下拉菜單上選擇“公用庫”——“按鈕”，打開“庫—按鈕”面板，選擇與解題步驟對應(yīng)的按鈕，如圖2.2所示；圖2.2FlashMX動畫的初始界面（6）插入新的圖層2，在圖層2上的時間軸上插入兩個相距一定距離的兩個“關(guān)鍵幀”；（7）將指針放在圖層2的第一個“關(guān)鍵幀”上，根據(jù)（4）中的解題步驟=1\*GB3①，作出相應(yīng)的動畫輔助線；（8）將兩個“關(guān)鍵幀”之間插入一個新的“關(guān)鍵幀”，將指針放在圖層2的第一個“關(guān)鍵幀”上，選擇作出的動畫輔助線，右擊，選擇“時間軸特效”—“變形轉(zhuǎn)換”—“轉(zhuǎn)換”命令，打開變形控制面板，選擇相應(yīng)的變形命令，“確定”即可；如圖2.3所示；（9）插入新的圖層，重復以上操作，完成整個動畫；（10）選擇一個新的圖層，在其上選擇需要插入“停止”動作的幀，右擊，打開“動作”屬性面板，選擇“全局函數(shù)”—“時間軸控制”—“stop”命令，此幀就具有了指定的停止行為，其上有一個小的字母a；（11）將圖層1設(shè)置為當前圖層，右擊插入的按鈕，右擊，打開動作按鈕，在“動作—幀”屬性面板上，打開“全局函數(shù)”—“影片剪輯控制”—“on”命令，雙擊，在彈出的對話框中，選擇“release”命令，然后選擇“全局函數(shù)”—“時間軸控制”—“gotoAndPlay”命令,輸入每個動作發(fā)生前的第一個關(guān)鍵幀所在時間軸上的幀；圖2.3“變形”控制面板（12）檢查完成所有的動作及行為，打開“控制”—“測試影片”，如圖2.4所示；圖2.4FlashMX測試影片2.2DreamweaverMX制作網(wǎng)頁Dreamweaver是美國MACROMEDIA公司開發(fā)的集網(wǎng)頁制作和管理網(wǎng)站于一身的所見即所得網(wǎng)頁編輯器，它是第一套針對專業(yè)網(wǎng)頁設(shè)計師特別發(fā)展的視覺化網(wǎng)頁開發(fā)工具，利用它可以輕而易舉地制作出跨越平臺限制和跨越瀏覽器限制的充滿動感的網(wǎng)頁。DREAMWEAVER、FLASH以及在DREAMWEAVER之后推出的針對專業(yè)網(wǎng)頁圖像設(shè)計的FIREWORKS，三者被MACROMEDIA公司稱為DREAMTEAM(夢之隊)，足見市場的反響和MACROMEDIA公司對它們的自信。說到DREAMWEAVER我們應(yīng)該了解一下網(wǎng)頁編輯器的發(fā)展過程，隨著互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的家喻戶曉，HTML技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，隨之而產(chǎn)生了眾多網(wǎng)頁編輯器，從網(wǎng)頁編輯器基本性質(zhì)可以分為所見即所得網(wǎng)頁編輯器和非所見即所得網(wǎng)頁編輯器（則原始代碼編輯器），兩者各有千秋。所見則所得網(wǎng)頁編輯器的優(yōu)點就是直觀性，使用方便，容易上手。2.2.1DreamweaverMX的功能介紹DreamweaverMX具有強大的功能，以下是DreamweaverMX基本功能：一個可視化的網(wǎng)頁設(shè)計和網(wǎng)站管理工具，支持最新的Web技術(shù)，包含HTML檢查、HTML格式控制、HTML格式化選項、HomeSite/BBEdit捆綁、可視化網(wǎng)頁設(shè)計、圖像編輯、全局查找替換、全FTP功能、處理Flash和Shockwave等富媒體格式和動態(tài)HTML、基于團隊的Web創(chuàng)作。在編輯上你可以選擇可視化方式或者你喜歡的源碼編輯方式。MacromediaDreamweaverMX測試版新增功能如下：（1）加強的用戶界面；（2）多重用戶配置；（3）增強的源代碼編輯功能；（4）擴展的文檔格式支持；（5）加強的服務(wù)器模式擴展；（6）改進的數(shù)據(jù)庫鏈接操作；（7）提升了與外部應(yīng)用程序的協(xié)作功能。DreamweaverMX與FrontPage的功能類似，以下是DreamweaverMX的優(yōu)點：（1）產(chǎn)生的垃圾代碼少，網(wǎng)頁可讀性好，可以提高網(wǎng)頁瀏覽速度；（2）通過圖層功能，可以快速制作出復雜的頁面，圖片定位更容易；（3）可基本解決IE與Netscape的兼容性；（4）設(shè)計思路廣，內(nèi)涵豐富，創(chuàng)作隨意性強，可充分展現(xiàn)你的創(chuàng)意。2.2.2DreamweaverMX制作網(wǎng)頁的過程（1）打開DreamweaverMX的工作界面；（2）在“文件”菜單中，選擇“新建”，創(chuàng)建一個新的HTML文檔；（3）點擊菜單上的“站點”—“新建站點”定義一個新的站點，例如：站點的名稱定義為,那么，在“文件”面板上的站點選項卡中出現(xiàn)了剛剛定義的站點;(4)右擊，新建站點的文件夾，便會自動生成一個以“untitled.htm”命名的網(wǎng)頁，打開此網(wǎng)頁界面便可設(shè)計網(wǎng)頁界面；（5）在此網(wǎng)頁上編輯進入工程制圖在線習題指導的初始網(wǎng)頁，運行結(jié)果如圖3.3所示；（6）重復以上操作，分別制作untitled1.htm網(wǎng)頁和untitled2.htm網(wǎng)頁，運行結(jié)果如圖3.4，圖3.5所示；（7）打開網(wǎng)頁untitled.htm，選中機械制圖，單擊“鏈接”文件夾，在彈出的對話框中，選擇untitled1.htm網(wǎng)頁，則實現(xiàn)了網(wǎng)頁untitled1.htm與網(wǎng)頁untitled.htm的鏈接；（8）打開網(wǎng)頁untitled1.htm，選中工程制圖在線指導，單擊“鏈接”文件夾，在彈出的對話框中，選擇untitled2.htm網(wǎng)頁，則實現(xiàn)了網(wǎng)頁untitled2.htm與網(wǎng)頁untitled1.htm的鏈接；（9）打開網(wǎng)頁untitled2.htm，分別選中7-1-1、7-1-2、7-1-3、7-1-4、7-1-5、7-1-6，分別單擊“鏈接”文件夾，在彈出的對話框中，在同一個文件夾中，分別鏈接FlashMX動畫7-1-1、7-1-2、7-1-3、7-1-4、7-1-5、7-1-6，則實現(xiàn)了FlashMX動畫7-1-1、7-1-2、7-1-3、7-1-4、7-1-5、7-1-6與網(wǎng)頁untitled2.htm的鏈接；（10）單擊untitled2.htm網(wǎng)頁上的題號，運行結(jié)果如圖2.5所示；圖2.5Flash在網(wǎng)頁上的顯示結(jié)果3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計本系統(tǒng)的主要目的是讓學生能夠在線進行工程制圖習題指導，針對不同學生的學習程度的差異進行個性化的輔導教學。這樣，學生在課后練習時，可以進行自我學習，通過動畫指導顯示，及時獲取需要的知識點，發(fā)現(xiàn)自己存在的學習問題，以便查漏補缺。對于教師來說，應(yīng)用本系統(tǒng)可以減輕授課時，苦口婆心的指導，另外還可以通過其他系統(tǒng)檢測學生的學習情況，為此本系統(tǒng)必須要滿足學生不僅方便學習，還要形象直觀的學習的要求。3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的分析在在線習題指導過程中，習題的答案與解題思路（解題步驟）必須做規(guī)劃處理。即是合并同類的圖形對像。可以將答案圖形分解成為若干個元件，這一過程需要通過CAD軟件來進行繪制，但一定要保證圖形的標準性。把在AutoCAD里面繪制在圖形導入或通過“復制”——“粘貼”到FlashMX中，并且將這些元件分別制作成兩類，一類是用來定位標準答案的，另一類是用來制作可以挪動的待選的圖形。對這寫AutoCAD繪制的圖形來說，可以在FlashMX中建立元件庫，因為FlashMX中的元件具有可重復利用的優(yōu)點。因此，可以簡化繪圖的繁瑣過程。另外，答案的歸一化是在制作習題之前完成的。由于繪圖思路的不同，所以不同制作者的解題步驟也不同，所以制作者一定要把解題的步驟表達清楚，易于學生理解，另外，繪制工程的、圖形時，一定要嚴格按照制圖的標準進行，粗細線分明，如相貫穿線、中心線、剖面線、隱藏線等等使用規(guī)范。FlashMX動畫繪制的內(nèi)容在如下幾個方面進行：各種圖元選擇要正確。各種圖元定位、定形之間的相對位置要正確組合成的圖像結(jié)果要與標準答案一致。對應(yīng)的知識點進行直接查閱與學習，DreamweaverMX網(wǎng)頁繪制的內(nèi)容在如下幾個方面進行：網(wǎng)頁的制作界面邀清晰。簡單，讓學生能夠一目了然。網(wǎng)頁的內(nèi)容不僅僅包含工程制圖的相關(guān)內(nèi)容，還要涉及其他方面，例如學院的宣傳，學院的新聞等。網(wǎng)頁的內(nèi)容要與學習有關(guān)，不準涉及其他方面的與學習無關(guān)的不良信息，更不準其他網(wǎng)站侵入。盡量減少垃圾代碼的使用，提高網(wǎng)頁瀏覽速度。設(shè)計思路要廣泛，豐富頁面內(nèi)容。另外，學生應(yīng)如何進入在線習題指導，訪問2011屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計（二次開發(fā)類），如圖3.1展示了進入該系統(tǒng)的過程：圖3.1訪問流程圖3.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計本次的工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，本著二次開發(fā)的目的，設(shè)計與開發(fā)的內(nèi)容要豐富，構(gòu)思要新穎。在現(xiàn)有的工程制圖在線習題指導系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計與開發(fā)出新的功能。不但要擁有原有在線習題指導系統(tǒng)的功能，而且要有新的在線習題指導功能出現(xiàn)，這才是本次設(shè)計與二次開發(fā)的目的。使得原有的工程制圖在線習題指導系統(tǒng)能夠進一步完善，能夠適合現(xiàn)在學生自主學習并滿足學生的要求，能夠與現(xiàn)代高科技信息技術(shù)相銜接，實現(xiàn)工程制圖在線習題指導在教學領(lǐng)域有一定質(zhì)的飛躍，這樣才使得本次的設(shè)計與二次開發(fā)更具有意義。那么怎樣才能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的功能呢？如何去設(shè)計系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)才是關(guān)鍵，下面是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟及結(jié)構(gòu)圖（圖3.2所示）：圖3.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖（1）圖形素材的準備。通過現(xiàn)在最流行的繪圖軟件AutoCAD或者是通過CAXA、Solidedge等，將習題完整的繪制出來，包括一些輔助線在內(nèi)，圖形的繪制盡量不要過于復雜，并且各種線條的使用要符合機械制圖的標準，否則容易使學生混淆。（2）Flash動畫制作。將上一步繪制的習題圖形，按照本步設(shè)計的思路，將圖形拆分，組建成FlashMX中的圖元件，然后從圖元件庫中調(diào)出元件，通過Flash的功能，使得元件件具有設(shè)計者所想的動態(tài)效果。在這一設(shè)計過程中，圖元件的定位一定要準確，否則會使得作出的動畫準確性下降，體現(xiàn)不出解題過程的思路。另外，還可以通過Flash的繪圖功能，將不容易處理的圖元件進行Flash繪圖，從而也增加了Flash在設(shè)計中發(fā)揮的作用。設(shè)計者在這一方面一定要有所創(chuàng)新，根據(jù)具體情況的需要，適當發(fā)揮自己的想象力，在設(shè)計上要有新的突破，思路也要清楚明了，還可以添加一定的聲音，達到動畫生文并茂的效果，本次的設(shè)計也體現(xiàn)了這一點。（3）Dreameaner網(wǎng)頁制作。在Dreamweaver網(wǎng)頁制作過程中，本著內(nèi)容要豐富、畫面要清晰地特點，這次的設(shè)計在這一方面要加倍注意。首先，Dreamweaver網(wǎng)頁制作的站點連接要與暨南大學機械工程學院的站點相銜接，制作的網(wǎng)頁的名稱也是以工程機械西安海關(guān)的名字定義；其次，網(wǎng)頁的內(nèi)容不要過于單一，使得頁面不能夠吸引訪問者的興趣，但也不要太過于繁瑣，體現(xiàn)不出網(wǎng)頁的清晰性與鮮明性，網(wǎng)頁畫面的設(shè)計一定要適中，適當?shù)募尤胍恍W院的信息機學院活動圖片等，用來增加學院的宣傳效果；最后，Dreamweaver制作的網(wǎng)頁與Flash動畫的超級鏈接，這一邊設(shè)計才是重中之重。下面介紹Dreamweaver設(shè)計過程中的程序及功能實現(xiàn)問題。例一：程序：<!DOCTYPEHTMLPUBLIC"-//W3C//DTDHTML4.01Transitional//EN""/TR/html4/loose.dtd"><html><head><metahttp-equiv="Content-Type"content="text/html;charset=gb2312"><title>UntitledDocument</title><styletype="text/css"><!--body,td,th{ 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b服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)\