資源簡介

第 2 章 構建三維模型
2.2 設計和新建三維模型
教學設計
教學背景
信息科技是現代科學技術領域的重要部分，主要研究以數字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現。當代高速發展的信息科技對全球經濟、社會和文化發展起著越來越重要的作用。
義務教育信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性，為高中階段信息技術課程的學習奠定基礎。信息科技課程旨在培養科學精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數字素養與技能。
教材分析
本節課的教學內容選自人教/地圖出版社選擇性必修5 三維設計與創意　第 2 章 構建三維模型　2.2 設計和新建三維模型。
構建三維模型是三維設計的基礎與根本。如同蓋房子需要先建地基搭框架結構一樣，制作三維動畫、三維交互作品等時，都需要先構建三維模型。本章我們在了解三維建模思路、常見三維設計軟件的基礎上，掌握構建三維模型的一般方法，體驗設計模型、制作零件模型、裝配零件并發布的過程，掌握三維建模的基礎知識和基本操作，學會構建簡單的三維模型。
教學目標
1.剖析物體的三維構造并繪制各部件的尺寸圖。
2.熟悉相關三維設計軟件的基本操作。
3.初步學會基本幾何體建模和截面輪廓線建模兩種三維建模方法。
4.體驗設計、制作三維模型的理念、方法和過程。
教學重點與難點
教學重點:剖析物體的三維構造并繪制各部件的尺寸圖。
教學難點:體驗設計、制作三維模型的理念、方法和過程。
教學方法與教學手段
案例分析法、講授法、任務驅動法。
教學過程
問題導入
體驗探索
透過物體的基本形狀，觀察三維構造
利用三角形、圓形、矩形等基本形狀，通過不同的排列組合可以生成各種物體的結構。無論多么復雜的物體，都是由這些基本形狀組成的。例如，雖然圖 2.2.1 （參見教材P53）所示的轎車看起來比較復雜，但是經過拆分后可以看到，主要是由車輪、方向盤、車底盤等零部件構成的。各個零部件也是由基本形狀組成的。
探究：觀察生活中的一些物體，分析它們由哪些基本形狀組成。在仔細辨別物體基本形狀的同時，磨煉觀察力，學會透過物體看到物體的比例及其三維構造。
三維模型設計
根據三維建模的思路，在設計結構相對復雜的模型時，需要先將三維模型進行拆分，分析模型所需要的零件，再設計零件的外觀和尺寸，尤其是相互配合的零件間的尺寸關聯，完成全部零件模型后再進入裝配環境中裝配零件。因此在設計三維模型之前，往往需要設計模型方案。
設計方案的第一步就是確定模型所需要的零件。以圖 2.2.2 （參見教材P54）所示的轎車三維模型為例，雖然其模型看起來復雜，但是可以把它分解為多個簡單的零件模型（圖 2.2.3）（參見教材P54）。
在三維設計軟件中打開配套資源中的“轎車裝配體 .Z1A”三維模型文件（圖 2.2.4）（參見教材P54），然后再打開各個零件模型的文件，觀察各個零件的尺寸圖（表 2.2.1）（參見教材P55～56）。
從表 2.2.1（參見教材P55～56） 中可以看出，轎車包括底盤、車身、發動機、車燈、車軸、方向盤、車輪、擋泥板、后備箱、備用輪胎支座、散熱器加水蓋等多個零件。
根據實際需要，可以確定每一個零件的外觀和尺寸。在紙上畫出大概的輪廓，標注簡單的尺寸。但需要注意不同零件之間的配合尺寸設計，如車軸直徑應與車輪軸孔尺寸一致，車身與車底盤尺寸要吻合。在建模開始前要充分考慮，在建模開始后盡量不要修改設計方案。
思考活動
改進設計方案
思考上面的設計方案中，哪些尺寸之間具有關聯性，然后嘗試改進轎車的設計方案，爭取使轎車的外觀曲線更圓滑、車輪結構更堅固、底盤設計更輕巧等。
項目實施
確定項目主題和設計方案
1. 小組成員一起討論交流，確定本小組的主題?？梢赃x擇本章的項目主題，設計“飛機三維模型”方案，也可以根據本組的興趣和討論結果，選擇其他主題。如有的小組選擇“飛機三維模型”方案，有的小組選擇的是“桌椅三維模型”設計方案。
2. 圍繞小組的項目主題，確定三維模型的設計方案，填寫在表 2.2.2 中。
表 2.2.2 三維模型的設計方案
零件名稱 尺寸 /mm
利用基本幾何體建模的方法構建模型
前面介紹了轎車裝配體的三維模型，其中轎車底盤零件的平面圖和尺寸如表 2.2.1 （參見教材P55～56）所示。
下面介紹如何利用基本幾何體建模的方法構建圖 2.2.5 （參見教材P58）所示的轎車底盤三維模型。
在建模之前，需要分析以下問題。
（1）運用哪些幾何體可以實現轎車底盤的建模？
（2）構建這些幾何體分別需要哪些運算命令？
（3）每個幾何體的尺寸參數是什么？
通過觀察圖 2.2.5 （參見教材P58）可以看出，該轎車底盤的設計主要運用了六面體和圓柱體，其中底盤的主體是由六面體構建而成的。
在建模時，合理地設計操作流程，可以使建模過程更加高效。
構建轎車底盤主體的方法有很多，最方便的方法是結合不同的加運算和減運算，先建一個長、寬、高分別為 127mm、95.2mm、12.7mm的長方體，然后加運算長、寬、高分別為 127mm、76.2mm、31.8mm的長方體，再減運算長、寬、高分別為 88.8mm、95.2mm、25.4mm的長方體。
實踐活動
制作轎車底盤和車輪的三維模型
1. 在網格平面上創建底部長方體，長、寬、高分別為 127mm、95.2mm、12.7mm，中心位置在（0,0,0），如圖 2.2.6 （參見教材P58）所示。
2. 創建上部長方體，長、寬、高分別為 127mm、76.2mm、31.8mm，然后進行加運算（可以自動捕捉底部長方體的中心），如圖 2.2.7 （參見教材P58）所示。
3. 創建長方體，長、寬、高分別為 88.8mm、95.2mm、25.4mm，然后進行減運算（可以自動捕捉底部長方體的中心），如圖 2.2.8 （參見教材P59）所示。
4. 創建圓柱體，然后進行減運算，創建軸孔（可以自動捕捉圓柱體的圓心），如圖 2.2.9 （參見教材P59）所示。
5. 在適當位置創建大圓柱體，進行加運算，接著創建小圓柱體，進行減運算，創建排氣管（圖 2.2.10）（參見教材P59）。
6. 利用組合編輯命令，把上述零件組合為一個整體（圖 2.2.11）（參見教材P59）。
7. 根據表 2.2.1 （參見教材P55～56）中車輪的模型和尺寸，構建車輪的三維模型（圖 2.2.12）（參見教材P60）。為了使模型看起來更生動形象，嘗試運用特征造型命令對模型進行修飾，如圖 2.2.13（參見教材P60） 所示。
利用截面輪廓線建模的方法構建模型
圖 2.2.14 （參見教材P60）為轎車車身的主視圖，圖 2.2.15 （參見教材P60）為車身的俯視圖，從中可以看出車身的形狀輪廓比較復雜。下面介紹如何利用截面輪廓線建模的方法構建如圖 2.2.16 （參見教材P60）所示的車身模型。
在建模之前，需要分析并確定以下問題。
（1）對復雜的圖形建模，可以使用截面輪廓線建模的方法。
（2）應該先繪制出設計圖中主視圖的輪廓線，然后結合拉伸命令，完成基本形狀的設計。
（3）圖 2.2.15 中紅線圈的部分，可以做成三角形草圖，然后進行拉伸后利用減運算切除。
（4）方向盤插孔可以采用旋轉命令并進行減運算來完成，后窗可以直接用基本幾何體建模的方法來完成。
實踐活動
制作車身及其他零件的三維模型
1. 選擇草圖繪制工具，選擇多段線，按照坐標繪制車身草圖 1（圖 2.2.17）（參見教材P61）。
2. 單擊拉伸命令，“輪廓 P”欄選擇“草圖 1”。為了方便后面方向盤孔的創建，選擇“拉伸類型”為“2 邊”，修改尺寸為 38.1，完成車身的創建（圖 2.2.18）（參見教材P61）。
3. 在車身底面繪制三角形草圖，選擇草圖繪制工具，單擊直線命令，選擇繪制草圖的面為車身底面，單擊查看視圖中的自動對齊視圖命令，對齊視圖（圖 2.2.19）（參見教材P61）。
4. 依次繪制三角形的兩條直角邊，選擇要鏡像的實體為三角形的三條邊，點 1、點 2 分別選擇直角的兩條邊，完成后刪除輔助線（圖 2.2.20）（參見教材P61）。
5. 選擇三角形草圖 2，拉伸后進行減運算，完成車身（圖 2.2.21）（參見教材P62）。
6. 自動捕捉中心，添加圓柱體后進行減運算，完成車后窗（圖 2.2.22）（參見教材P62）。
7. 繪制方向盤軸孔草圖，繪制短邊邊長為 3.2，保持矩形的長邊位置偏上，如圖2.2.23 （參見教材P62）所示。
8. 對軸孔進行特征造型，旋轉后進行減運算，完成方向盤軸孔模型，如圖 2.2.24所示。
9. 類似地，利用截面輪廓線建模的方法，完成其他零件的三維模型，如擋泥板、發動機、后備箱等。根據表 2.2.3 （參見教材P63）中的零件效果圖，先完成零件的模型分析，然后完成零件的建模。
項目實施
利用三維建模方法制作各部分零件
1. 分析本小組的設計方案，確定各部分零件的制作方案。
2. 利用三維建模方法，在三維設計軟件中制作三維模型的各部分零件。表 2.2.4 （參見教材P62）中為一個小組設計的飛機零件模型。
課后作業
1. 在本節的案例中，轎車的車身、擋泥板、發動機等的模型設計曲線不夠圓滑，樣式缺乏新意，你覺得還可以如何改進？請完善模型的設計。
2. 圖 2.2.25 （參見教材P64）為一個小組利用三維設計軟件為某餐廳構建的桌椅三維模型。你覺得有哪些需要改進的地方？嘗試利用所學知識，在餐桌上添加餐具，如杯子、盤子、碗等。
板書設計
第 2 章 構建三維模型　
2.2 設計和新建三維模型
1.三維模型設計
2.利用基本幾何體建模的方法構建模型
3.利用截面輪廓線建模的方法構建模型
普通高中教科書
信息技術　選擇性必修 5 三維設計與創意
編著
人民教育出版襯課程教材研究所信息技術課程教材研究開發中心
中國地圖出版社教材出版分社
總 主 編 ：祝智庭 樊 磊
副總主編 ：高淑印 郭 芳 李 鋒
本冊主編：吳偉和 朱從娜
編寫人員：馬 靜 張 瓊 賈宏潔 楊翠英 侯英瑞

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