畫法幾何識圖過程是通過形體的三視圖想象出立體圖,是本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn),利用3dsmax軟件制作的識圖三維動畫能準(zhǔn)確、完整地表達(dá)出形體三視圖轉(zhuǎn)化為立體圖全過程,再現(xiàn)大腦的思維過程。本文詳細(xì)敘述了這類識圖三維動畫的制作過程和要點(diǎn),制作中用到3dsmax軟件的燈光的投影、樣條線的投影、切片修改器和切片平面運(yùn)動動畫等技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞:畫法幾何；識圖三維動畫；3dsmax；切片修改器

　　畫法幾何是一門比較抽象的課程,學(xué)好這門課要求學(xué)生有一定的空間想象能力,對于非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生來說,學(xué)起來通常比機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生更吃力,有不少同學(xué)空間想象能力差看不懂三視圖,難以把形體的三視圖和立體圖形聯(lián)系起來。如何提高學(xué)生的識圖能力,是畫法幾何這門課程的難點(diǎn)之一[1],識圖過程是大腦的思維過程,教師用語言表達(dá)出來十分困難,學(xué)生不容易聽懂。當(dāng)前畫法幾何課程主流的教學(xué)課件是PPT配合flash動畫[2],但它在畫法幾何識圖的教學(xué)中有局限性,如立體感不強(qiáng),難以表達(dá)出形體在三面正投影體系中的真實投影關(guān)系,觀察視角不能自由變換,對圖形變化的細(xì)節(jié)很難表達(dá)清楚。

　　1制作畫法幾何識圖三維動畫的整體思路

　　經(jīng)過總結(jié),只要做到以下兩點(diǎn)就能很快提高這些學(xué)生的識圖能力:(1)通過識圖三維動畫詳細(xì)、準(zhǔn)確地表達(dá)出從形體三視圖一步步轉(zhuǎn)化為立體圖的整個過程,讓學(xué)生能直觀、清晰地看到形體三視圖和立體圖之間存在的聯(lián)系,從而提高空間想象能力;(2)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。3dsmax軟件廣泛應(yīng)用在影視、廣告和室內(nèi)裝潢等行業(yè)[3],也能用于課件制作領(lǐng)域,通過該軟件制作的識圖三維動畫能很好地解決之一問題,它能再現(xiàn)大腦的思維過程,把形體三視圖轉(zhuǎn)化為立體圖形這一過程形象地、準(zhǔn)確地表達(dá)出來,讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來毫無困難,同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。

　　2制作畫法幾何識圖三維動畫具體步驟

　　下面通過一個代表性例子說明這類識圖三維動畫的制作方法和制作要點(diǎn)。圖1是拉伸體在三個投影面上的投影,這幅圖片是動畫開始部分的關(guān)鍵幀截圖,它的制作要點(diǎn)如下:(1)如圖1所示,創(chuàng)建三個平面分別表示主視圖、俯視圖和左視圖投影面,它們互相垂直,和x、y、z三根投影軸構(gòu)成三面正投影體系。(2)根據(jù)三面正投影法的要求,在3dsmax中創(chuàng)建三盞目標(biāo)平行光,并分別垂直于上述三個投影面,燈光的范圍要大于投影面,分別命名為主視圖、左視圖、俯視圖燈光,并勾選光線追蹤陰影,這樣形體能在三個投影面上產(chǎn)生正投影[5]。(3)把拉伸體放在三面正投影體系內(nèi)部,賦予半透明材質(zhì),并在物體的對象屬性中不勾選投射陰影選項,讓它在三個投影面上不產(chǎn)生投影。(4)在3dsmax中打開3D捕捉,勾選捕捉頂點(diǎn)選項,通過捕捉拉伸體邊界上的頂點(diǎn),畫出拉伸體邊界樣條線,并打開樣條線修改菜單,在渲染選項卡中勾選在渲染中啟用這一項,徑向厚度設(shè)為1,這樣在就可以渲染出樣條線,并且這些樣條線能在三個投影面上產(chǎn)生投影[6]。(5)在3dsmax中打開3D捕捉,去掉捕捉頂點(diǎn)選項,勾選捕捉面選項,用樣條線在三個投影面上畫線,要求與拉伸體邊界上的樣條線在三個投影面的投影重合。在應(yīng)該畫虛線的地方一小段樣條線,通過移動復(fù)制,組成中間有空隙的虛線(如圖2所示)。(6)做好以上準(zhǔn)備工作,刪除拉伸體及拉伸體邊界上的樣條線(如圖1所示),三視圖為剛才畫上的樣條線,這些線符合形體三視圖的投影規(guī)律。拉伸體識圖的思維方法是并行運(yùn)用形體分析法和線面分析法。根據(jù)拉伸體的投影特性,特征視圖反映其動平面的實形,非特征視圖反映其運(yùn)動方式,拉伸體識圖的思維過程是:先抓住拉伸體的特征視圖,再判斷其運(yùn)動方式,就能想象出拉伸體的形狀[7]。通過觀察圖2可以判斷出,拉伸體特征視圖是左視圖,左視圖反映了其動平面的實形,動平面沿其法線方向作平移運(yùn)動。具體的思維過程是:首先由主視圖和俯視圖中最大的矩形確定一個長方體,這個長方體決定了拉伸體的空間位置和體積范圍;然后拉伸體的動平面沿其法線運(yùn)動,對長方體進(jìn)行切割,所得的物體就是拉伸體。這段動畫就是把上述的思維過程生動地表現(xiàn)出來,給學(xué)生以直觀的感受。圖3的制作要點(diǎn)是:創(chuàng)建主視圖、俯視圖中最大矩形的樣條線,分別放在主視圖后面和俯視圖下面,線框在前150幀(30幀為一秒)不可見,動畫中線框從第150幀飛出,第180幀時達(dá)到圖3位置。圖4的制作要點(diǎn)是:圖中長方體從第一幀的就在視圖中,長方體的下底面和拉伸體的下底面對齊,對長方體加一個切片修改器,選中切片修改器下的子對象切片平面,旋轉(zhuǎn)切片平面讓它平行與俯視圖,并在切片參數(shù)中選中移除頂部,這樣只能看到長方體位于切片平面下方的部分,切片平面以上部分則看不到。對切片平面做動畫,在0～180幀時讓它位于長方體下方,在這段時間長方體不可見,180～210幀切片平面由長方體底部運(yùn)動到長方體頂部,這段時間長方體從下向上逐漸出現(xiàn),210幀以后長方體全部可見。圖5中為了達(dá)到更好的立體效果,賦予長方體半透明材質(zhì),長方體確定了拉伸體的空間位置和體積范圍,拉伸體的動平面沿x軸方向運(yùn)動,對長方體進(jìn)行切割就能得到拉伸體。動平面的外部線框和內(nèi)部線框切割方式有所不同,為了讓學(xué)生更容易理解,先讓動平面的外部線框飛出,對長方體進(jìn)行切割。圖6是拉伸體動平面外線框切割長方體過程的一幀截圖,動平面外線框把位于外線框外部的長方體部分切割掉。制作要點(diǎn)是:對長方體再加一個切片修改器,切片平面平行與左視圖,位于長方體和拉伸體的交界出,切片類型選擇移除頂部,長方體位于切片平面左方部分會看不見,同時對拉伸體也加一個切片修改器,切片平面的位置和長方體的切片平面相同,切片類型選中移除底部,拉伸體位于切片平面的右方不可見。在動畫290～350幀切片平面從長方體的最左邊向x軸的正方向移動,移動到長方體最右邊,移動中長方體逐漸消失,拉伸體逐漸出現(xiàn)(如圖6所示)。圖7是拉伸體動平面的內(nèi)線框在動畫的380～430幀切割拉伸體過程的一幀截圖,拉伸體被動平面的內(nèi)線框切割,去掉內(nèi)線框里面的體積形成最終的拉伸體形狀(如圖2所示),制作的要點(diǎn)同樣是應(yīng)用切片修改,制作方法和圖6類似介紹從略。整個拉伸體識圖動畫共470幀(15.7秒),在短短的十幾秒的時間,就把由拉伸體三視圖想象出立體圖的大腦思維過程完整、清晰地表達(dá)出來,學(xué)生看起來一目了然,并且能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[8]。

　　3結(jié)語

　　識圖三維動畫是畫法幾何三維動畫課件的一部分,全套的動畫課件涵蓋本課程的各個知識點(diǎn),如果能廣泛應(yīng)用能明顯提高教學(xué)質(zhì)量,空間想象力差的同學(xué)也能學(xué)好這門課,它也適合在線教學(xué)的要求,制作畫法幾何三維動畫課件用到的3dsmax動畫源文件是制作更加先進(jìn)的三維交互式課件和虛擬現(xiàn)實課件的基礎(chǔ)。但這種三維動畫課件目前在課堂教學(xué)中應(yīng)用很少,因為制作起來有一定難度,本文提供的制作思路供大家參考。

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　　作者：邢剛 路玲 周玉 王麗 程彪