浅谈3D制图教学中的二维表达

浅谈3D制图教学中的二维表达摘要：基于高效率的现代设计实践的要求，作者通过对3-D mension教学与传统制图教学的分析，在指出二者差别的同时，强调将3-D mension设计内容教学引入到工程制图教学中的必要性，并认为采用以computer graphic 主导式,在3-D mension制图教学实践中有效加强二维表达是制图教学改革的切入点,亦是实现传统制图教学向全面3-D mension教学合理过渡的有效途径。

同时指出在3D教学与传统制图教学相结合、3D教学中有效加强二维表达时，多种引入方式及实现途径上均应注意的几个问题。

关键词：工程图学三维教学二维表达教学改革simple discussing dimension express during 3-D mension drawing teachingabstract:based on the demand of high efficiency modern design practice,author analyse 3-D mension teaching and traditional drawing teaching, pointing out the difference simultaneity, emphasize the necessity of introduce 3-D mension design content into traditional drawing teaching, reckoning adopt leading of computer graphic, the teaching innovation’s cut-in is reinforce dimension express availability during 3-D mension drawing teaching, also it is transition in reason from trational drawing teaching to 3-D mension drawing teaching. at one time, during the integrating of 3-D mension drawing teaching and traditional drawing teaching, reinforce dimension express availability of 3-D mension drawing teaching, we should focus on those problem on importing method and implement approach.Key words: engineering graphic 3-D mension teaching dimension express teaching revolution制图课程是工科院校本科生的一门技术基础课，其量大面广，是开展设计的基本保障。

为此，制图课程要培养学生的投影基础，二维工程图的绘制和一定的三维建模能力。

随着信息时代的到来，尤其是CAD/CAM技术的产生，传统制造业已与计算机技术、信息技术紧密结合，各种高中低端CAD/CAM软件的产生与普及，如CATIA\PRO/E\SOLIDWORKS\IDEAS等，工程设计领域正在发生深刻的变化，设计方法已由传统的尺规设计绘图转向计算机辅助设计，设计信息的传递与沟通已由单一的图纸向数字化产品模型方向发展，现代设计突出特点之一便是信息与知识资源共享，已有不少企业在使用三维造型软件从事产品的设计开发工作。

传统的二维图样不再是产品设计、制造中所必须、唯一的技术文件。

社会将逐步进入到三维造型设计的时代。

但我国目前部分高校制图课程的讲授中仍以传统授课为主，讲述面向二维，投影理论及其它知识点多以二维表达为主，强调二维工程图样作为技术交流工具的唯一性和重要性，重视“读”与“画”两方面的综合知识、方法、技能的训练。

根据多方面的信息反馈来看，这样的讲授无法满足社会的需求，时代发展的需要。

另外，如果在传统制图教学基础上只是简单加上计算机绘图、3D教学等内容，无疑会增加学时，徒增学生负担，完全不符合教改的大趋势。

可喜的是，许多图学教育工作者对此进行了有益的探索，总结出几种有效的教学模式，但我认为CG 主导式（即以计算机绘图为主线，将传统内容适当、有效穿插进去）比较符合现代设计的发展趋势，而要实现传统内容的有效穿插，最好的方法便是3D制图教学中有效加强二维表达；原因有以下几点：（1) 无论对于二维还是三维表达，投影理论都必不可少。

，而CG式并不否认、排斥投影理论，这就为CG主导式提供了可行的前提条件；（2) 传统制图教学中的内容主要以二维表达为主，所以3D教学中加强二维表达便是新旧知识有机联系的切入点；（3) 融入式、独立式、分段式等教学模式要么容易使人产生“鸡肋”的感觉（对传统教学内容难以删减取舍），要么会大量增加学时、不能有机融合二者，形成一套知识体系；（4) 既然CAD/CAM技术的全面普及是主导、是趋势，那为什么我们不先一步而上呢？1 改革教学方式，以3D CG 式教学为主导随着我国高等教育规模的不断扩大，教学质量成为人们关注的话题，尽管大学毕业人数在逐年上升，但毕业生够适应工作的能力却有所下降，原因是缺乏解决现实复杂问题的能力。

工科学生都系统地学习过机械制图或工程制图，但在工作中却画不出产品设计图样或画出的图样错误百出，亦不能有效利用三维设计软件进行产品设计，这就要求我们必须加速教改步伐，与时俱进，与时俱变，保持时代的先进性。

传统的二维设计指设计者用两维表达（三视图等）表示零件或机器的生产、加工和装配要求。

人们需将二维视图（装配图、零件图）的信息对应转换成零件或机器的加工与装配要求。

这便是“两维—→三维”的一般思维过程。

在传统手工制图或二维 CAD 环境下，三维信息是产生、留存在设计者的头脑里，设计构思的表达需通过二维图样来实现。

产品的三维和二维信息是间接关联。

计算机和信息技术的发展使得“图”的含义、画图和看图的内涵已发生深刻变化。

尤其是三维 CAD /CAM 技术的出现，极大地改变了设计、制造领域原有的理念、过程、方法和手段。

目前“三维设计”一般指借助于“三维设计”软件，利用计算机直接用三维立体图表示零件或机器。

根据设计者的需要，可对三维模型投影，生成二维图或三维图。

设计结果可以显示或打印输出。

在三维 CAD 环境，三维数字模型就是产品信息的一种表达形式，可用于设计思想交流和数控加工制造。

二维图样的生成可由三维 CAD 软件功能自动完成，二维图样信息和三维模型信息完全统一。

与二维模式相比，三维模式更容易引起学生的学习兴趣，有利于激发学生的创新精神。

要想将教改深入进行，首先要选择一种合理的教学模式，其次是重新配置新内容与传统教学基本内容，转移侧重点，使二者有机地融合，教材及作业内容、考试方式也要加以配套改革。

为了培养学生的创新能力与工程意识，强化空间思维和构形能力，引入3D教学势在必行。

在这里我们需认清3D教学的源头是产品结构的性能，以“体”为中心，通过了解机械产品的常规与现代设计过程，建立三维设计概念。

它以优良的CAD/CAM软件为实践对象，并逐步引入三维设计的手段来进行课程体系和教学内容的改革，教学目标应由图示能力向创造性构形能力转移，面向三维立体，将三维 CAD /CAM 技术、计算机图形学与工程图学基本理论紧密结合，强调以体为中心培养学生的创造性构形能力。

作者认为，计算机、尺与规都是工具，它们就像飞机、汽车与自行车一样，有各自的用处与使用场合。

它们的存在和消亡都是社会发展进步的结果，是不随人们个人意志而改变的，每种方式的使用都需一定的使用条件，先进性与否也是相比较而言，但随着计算机技术的发展，尺规绘制工程图样必将愈来愈多地被计算机绘图所取代。

如果说模型加挂图是制图课程的传统特色和标志，而优秀CAD/CAM软件的选用便是3D教学中的特色与标志。

对于我国，在相当广阔的时域内，二维图形（表达）尚有较大的存在空间。

在3D教学中有效加强二维表达便是对传统制图优秀内容的一种保留，引入建模及加强二维与三维表达之间的转换，会使知识内容的联系更加紧密，适应了现代设计方法的要求。

2 有效加强二维表达，实现向3 D教学的全面合理过渡《工程图学辞典》中对工程制图这样描述—工程制图亦称“工程画”，是研究绘制和阅读工程图样的学科。

它的主要内容有：绘制工程图样的基本原理；仪器绘图和徒手画图的方法；有关图样画法、尺寸注法、图形符号等的标准和规定；工程的勘察、设计、施工中的各种图样；看图的方法等。

上述种种便是工程制图区别于其他课程的标志性内容，也是开展工程制图教学所遵循的基本内容。

离开了这些内容，工程制图教学便成了无源之水。

3D（3-D mension）工程制图也是工程制图，亦得遵循工程制图课程教学的基本内容，只是其思维不同于传统的制图教学。

3D工程制图中以体为“中心”，三维 CAD /CAM 软件使产品设计、制造信息传递过程形成了完整的三维数据流，反映了物质世界的三维特征。

在教学中，由学生熟悉的三维形体（或三维构思）出发分析体，由体出发分析点、线、面，画二维图样，符合认知规律，便于理解和记忆。

三维构形设计时，亦是以体为“中心”，确定各子形体的形状和相对位置后，整个形体就已完全确定。

教学过程与设计过程均以“体”为中心。

这里，体的形状和位置信息是决定因素，面、线、点信息及二维图样是体信息的从属表现形式，占有相当重要的地位。

传统的机械设计过程（如图1）：三维思想→二维表达→三维模型（头脑中）→三维加工与装配。

以CG为主导的3D机械设计过程（如图2）：三维思想→三维表达→三维模型（CG）→三维CAE、CAM。

3D工程制图中有效加强二维表达，便是对传统制图教学内容的保留与发扬，具有重大的现实意义。

3D教学中有效结合二维表达是一个目标，是教改的突破点，引入的方式及实现途径多种多样，但无论哪种方式与途径都应遵循以下关键性原则：（1）保持先进性。

去除糟粕、保留精华、引进先进、与时俱进。

不断把当前、甚至是未来先进的内容引入教材、引入课堂，使教学内容能适应、甚至提前满足现代高效设计的需要。

例如，二维图形的轴测表达，三维图形的绘制，建模技术，二、三维之间的互换，优秀软件的使用、二次开发等。

（2）思维拓展性。

在3D教学中提出“功能”的概念，它是产生“形”的依据，应研究如何构形和造型、如何进行正确的二、三维表达及二、三维转换等过程。

（3）注重知识的交叉性。

3D工程制图课程中以设计“体”为主线结合教学内容，结合CAD/CAM软件进行实践。