三维设计在水利水电工程专业教学中思想改革探析.docVIP

三维设计在水利水电工程专业教学中思想改革探析人在设计时的原始冲动是三维的，设计成果是有颜色、形状、材料、尺寸、位置、复杂运动关系等关联概念的三维实体。但传统的水电行业设计工作是从三维到二维，再从二维到三维的过程，这种设计方式对设计工程师和施工者都提出了一定的要求：设计者将原始的三维设计概念和思想抽象成相关联的平面三向视图并以二维平面图的形式来展示，这种设计方式往往难以完全表达设计者的原始设计思想，出现差错和缺漏。这种三维到二维的设计过程往往受到工程师的空间想象力和基本制图技能的限制；施工者又要将平面信息想象成三维的形体才可以进行施工，设计者和施工者之间表达和理解的差异往往也带来了差错。这种二维到三维的施工过程中，绘图、读图都要经过专门训练的人来进行。而三维设计则可以完全避免这种“三维——二维——三维”的繁冗过程。根据三维设计概念直接进行三维设计，从而输出的三维设计成果可以非常直观和完整得表达设计师的设计思想。只有三维设计才能完成思维过程与设计过程的统一，才是真正意义上的CAD。 对于初学者本科生而言，既没有一定的设计思想，也没有相关的设计经验，他们只能靠老师的讲解和自己的大脑进行想象。然而，这种最初的三维图形很难在其大脑中形成，那么由三维到二位，再由二位到三维的设计思想也很难形成，从而导致学生在学习过程中无法提高兴趣。对于工科本科生来说，CAD教学的目标不仅要使学生学会看图，还要学会作图，从而提高其应用能力。 一、二维设计的弊端 传统的CAD教学模式是在基于二维投影及表达的层次上进行的，无论是手工绘图还是计算机绘图都是以投影方式绘出的二维图形。对于复杂结构而言，只能通过零部件各个视图来表现其结构特征，然而各个视图之间的处理缺乏整体性，需要识图者同时对比各个视图，从三维的概念建立不同视图之间的联系，从而确定结构的三维特征。这就要求识图者要有一定的经验知识。 对于学生而言，由于无法建立实际建筑物三维概念，从二维到三维或三维到二位的思维过程转变非常困难。以往教师的教学手段主要是依靠模型或者形体的轴测图，这样不但花费大量的课堂时间，大大降低了课堂容量，而且不是太真切、形象。所以，教学效果不是太理想。因此，大部分同学将CAD课程作为一门计算机操作课来应付，也就失去了对课程的学习兴趣。因而，教师很难调动他们的学习积极性，更谈不上培养他们的创新能力。 在产品设计的全过程中，原始构思是三维实体形象，实施的结果是三维实体，而将这两者联系在一起的设计过程却是二维图形表达，这样无形中就增加了一个复杂的环节，而且对于学生而言，这个环节往往是最难实现的过程，只有经过专门的训练才能掌握这种表达和读图的方法。 二、三维设计教学体系 1.以三维实体造型提高学生空间把握能力 结合三维CAD设计软件，将三维实体造型概念引入教学，以三维实体设计为主线，三维实体表达方法和三维工程图表达方法并重，加强三维形体的想象、构形、分析，表达能力及三维形体和二维图样相瓦转化的能力的培养。 作为初学者的学生，没有实践的锻炼，头脑中的立体概念比较少。因而，在投影理论的学习中会感到吃力，往往想象不出实体的形状。针对这种情况，在教学过程中，直接从“体”入手，强化学生对空间实体的理解与把握，建立其空间感觉，训练学生的空间想象能力。 首先，在CIVIL3D中进行各种基本体的建模训练。让学生在三维环境下，从不同角度观察各种基本的形态特征。通过实体的绘制与观察，加强学生的立体概念。学生在观看实体模型的过程中，头脑中不断积累立体的表象，表象积累多了，空间感性知识就增强了，想象空间形体的形状就变得容易起来。通过基本的建模训练，使学生对空间有个初步的了解，掌握各种基本的空间形态特征，及其线而情况。 其次，在CIVIL3D中进行组合体的模型训练。在此，把组合体分成叠加组合体和切割组合体两部分来训练，以包含不同的制图知识进行讲解，将深奥的理论融入实体绘制过程当中。 2.三维到二维投影方法 在学生对三维实体有了良好的空间感觉以后，我们反过来由“体”抽取点、线，面来讲授投影原理、方法及投影规律。通过以上的讲授与训练，基本体的空间形象在学生头脑中已是十分明朗。这时，加入必要的投影基础知识，绘制基本体的投影是非常轻松的事情。熟练绘制基本体投影之后，在基本体上提取点、线、面，并在相应视图找出相应的投影，以训练点，线、面的投影规律以及获得点、线、面的投影的方法。由“体”出发分析体、面，线、点的投影及表达方法，直观性强、便于理解、记忆，有利于增强空间思维能力和构形能力的培养。在此基础上，利用形体分析法和线面分析法综合训练组合体的投影，以及投影和实体之间的相互转化。 3.三维建模贯穿始终 以三维设计软件AUTOCIVIL3D为平台，实现基本表达方案、结构构件以