2.3裝配和發(fā)布三維模型教學(xué)設(shè)計(jì)人教-中圖版高中信息技術(shù)選擇性必修5

第2章構(gòu)建三維模型2.3裝配和發(fā)布三維模型教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)代高速發(fā)展的信息科技對全球經(jīng)濟(jì)、社會和文化發(fā)展起著越來越重要的作用。義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學(xué)精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價(jià)值觀，樹立總體國家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人教/地圖出版社選擇性必修5三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意第2章構(gòu)建三維模型2.3裝配和發(fā)布三維模型。構(gòu)建三維模型是三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與根本。如同蓋房子需要先建地基搭框架結(jié)構(gòu)一樣，制作三維動(dòng)畫、三維交互作品等時(shí)，都需要先構(gòu)建三維模型。本章我們在了解三維建模思路、常見三維設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，掌握構(gòu)建三維模型的一般方法，體驗(yàn)設(shè)計(jì)模型、制作零件模型、裝配零件并發(fā)布的過程，掌握三維建模的基礎(chǔ)知識和基本操作，學(xué)會構(gòu)建簡單的三維模型。教學(xué)目標(biāo)1.了解零件裝配的相關(guān)概念。2.學(xué)會利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行零件裝配。3.體會在計(jì)算機(jī)中將零件裝配成整體以及把整體拆分成零件的過程。4.體驗(yàn)利用三維打印技術(shù)打印實(shí)體模型的發(fā)布方式。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):學(xué)會利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行零件裝配。教學(xué)難點(diǎn):體驗(yàn)利用三維打印技術(shù)打印實(shí)體模型的發(fā)布方式。教學(xué)方法與教學(xué)手段案例分析法、講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。教學(xué)過程問題導(dǎo)入體驗(yàn)探索零件的裝配完成零件的設(shè)計(jì)與造型后，需要將零件裝配成一個(gè)整體。將多個(gè)零件組裝成一個(gè)整體，這個(gè)整體叫作裝配體，而構(gòu)成裝配體的零件叫作組件。在實(shí)際生產(chǎn)汽車的車間（圖2.3.1）里，也是把一個(gè)個(gè)汽車零件生產(chǎn)出來，然后再裝配到一起。利用三維設(shè)計(jì)軟件中的裝配功能，也可以把零件裝配在一起，直觀地查看模型的整體效果和結(jié)構(gòu)。探究：小組成員都組裝過什么玩具或者產(chǎn)品？在組裝和拆分它們時(shí)，應(yīng)注意什么問題？前面的學(xué)習(xí)中，進(jìn)行了轎車各零件的設(shè)計(jì)和模型構(gòu)建，接下來需要做的是將各個(gè)零件模型進(jìn)行裝配整合，形成完整的轎車模型。零件裝配在三維設(shè)計(jì)軟件中，單擊懸浮菜單欄中的“新建裝配體”選項(xiàng)，可以進(jìn)入裝配環(huán)境，命令工具欄如圖2.3.2所示。利用“插入組件”命令，可以選擇要插入的零件。插入零件后會自動(dòng)彈出“零件對齊”對話框，接著可以為相互關(guān)聯(lián)的零件選擇對齊關(guān)系（圖2.3.3）。對齊關(guān)系從左到右依次為重合、相切、同心、平行、垂直、角度、嚙合和距離，大部分命令與數(shù)學(xué)中點(diǎn)、線、面之間的關(guān)系相同。嚙合主要是機(jī)械產(chǎn)品中的齒輪配合。直接單擊對齊或智能對齊命令，就可以完成零件間的配合。利用這些對齊命令，可以限制零件的自由度，使所有零件成為整體。具體操作如下。1.先插入車底盤零件，再將車軸裝入軸孔（同心），車輪應(yīng)該裝配到車軸上。2.將后備箱、車身、發(fā)動(dòng)機(jī)裝在車底盤平面上（面重合）。3.使用“同心+面重合”命令，安裝擋泥板、車燈、方向盤等其他零件。實(shí)踐活動(dòng)裝配轎車的零件1.圖2.3.4為車軸孔和車輪孔的圓柱面同心。當(dāng)選擇實(shí)體參數(shù)為F開頭時(shí)，代表選擇實(shí)體為面；選擇E開頭時(shí)，代表選擇實(shí)體為線。圖2.3.5為面重合，偏移距離設(shè)置為1，使車底盤和車輪之間留有空隙，方便車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。2.插入車軸。先是讓車軸與車輪同心，然后是車軸與車輪面重合，偏移距離設(shè)置為1。3.裝配車身和后備箱。先裝上后備箱，約束其左右和上下平面，與車底盤對齊，然后插入車身，限制其左右和上下與車底盤對齊，后面與后備箱重合。4.插入發(fā)動(dòng)機(jī)。限制其前面與車底盤重合，后面與車身重合，限制左右線框與車身重合。5.繼續(xù)完成剩余零件的裝配。提示：車底盤、擋泥板等零件都需要添加安裝孔，具體尺寸如表2.2.1中所示。生成裝配體的爆炸視圖爆炸視圖的專業(yè)術(shù)語叫作分解視圖，它是裝配設(shè)計(jì)的逆向操作。在一些產(chǎn)品說明書、新品發(fā)布會或者需要進(jìn)行產(chǎn)品演示的場合，經(jīng)常需要使用分解視圖。分解視圖的用途有以下3點(diǎn)。1.能更有目的、針對性地展示相應(yīng)零件或產(chǎn)品的特性。2.可以更清楚地示范組裝模塊中的零件是如何相互影響、相互配合的，能清晰、直觀地體現(xiàn)零件之間的關(guān)系以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理。3.可以將產(chǎn)品的所有零件全部展現(xiàn)出來，為后續(xù)的生產(chǎn)提供參考。利用三維設(shè)計(jì)軟件中的“爆炸視圖”命令，可以生成各個(gè)零件，具體方法如下。1.單擊“爆炸視圖”命令，打開如圖2.3.6所示的對話框，選擇“由自動(dòng)爆炸添加”命令，選擇合適的距離，預(yù)覽效果如圖2.3.7所示。2.單擊“添加步驟”命令，然后選擇要拖動(dòng)的實(shí)體，選擇方向后確定尺寸，生成爆炸視圖（圖2.3.8）。發(fā)布三維模型制作好的三維模型，既可以把它發(fā)布成三維動(dòng)畫，方便設(shè)計(jì)者檢查裝配體模型的整體效果，還可以將三維模型通過三維打印的方式，轉(zhuǎn)化成直觀、可以觸摸的實(shí)物形態(tài)。發(fā)布成三維動(dòng)畫1.單擊命令工具欄中的“新建動(dòng)畫”命令，彈出如圖2.3.9所示的“新建動(dòng)畫”對話框，設(shè)定動(dòng)畫時(shí)長為12s，設(shè)置動(dòng)畫名稱為“轎車”。然后單擊按鈕，進(jìn)入動(dòng)畫制作操作環(huán)境，操作界面右側(cè)會出現(xiàn)動(dòng)畫制作欄（圖2.3.10）。在關(guān)鍵幀列表中，自動(dòng)生成起始關(guān)鍵幀0:00和末關(guān)鍵幀0:12。2.激活起始關(guān)鍵幀，然后單擊“設(shè)置照相機(jī)”命令，調(diào)整裝配體模型視圖的大小和方向，最后單擊當(dāng)前視圖，完成初始關(guān)鍵幀的設(shè)定。3.單擊“添加關(guān)鍵幀”命令，添加第二個(gè)關(guān)鍵幀0:02，設(shè)置照相機(jī)，變換裝配體視圖大小及方向，再次單擊當(dāng)前視圖。以此類推，設(shè)置多個(gè)不同視圖大小和方向的裝配體模型，然后就可以生成轎車三維模型的展示動(dòng)畫。4.單擊播放鍵預(yù)覽動(dòng)畫，然后選擇“記錄動(dòng)畫到AVI文件”命令，保存動(dòng)畫。三維打印把計(jì)算機(jī)與三維打印機(jī)相連并啟動(dòng)三維打印機(jī)，執(zhí)行相關(guān)命令，就可以把三維模型進(jìn)行分層處理并打印出來。1.在菜單欄中選擇3D打印命令，然后進(jìn)入模擬3D打印場景（圖2.3.11），注意模型的設(shè)計(jì)尺寸要小于打印的最大工作尺寸。2.單擊右側(cè)的“生成切片”按鈕，再單擊“導(dǎo)出Gcode文件”按鈕（圖2.3.12），保存到3D打印機(jī)中進(jìn)行打印。也可以選擇“導(dǎo)出STL文件”，然后導(dǎo)入到其他切片軟件進(jìn)行模型切片。項(xiàng)目實(shí)施完善并發(fā)布作品1.選擇任意方法，完成本小組制作的三維模型的裝配體爆炸視圖設(shè)計(jì)。2.根據(jù)實(shí)際需要，把本小組制作的三維模型發(fā)布成三維動(dòng)畫或者通過三維打印機(jī)打印出來。圖2.3.13為一個(gè)小組設(shè)計(jì)的飛機(jī)三維模型?？偨Y(jié)評價(jià)1.請同學(xué)們總結(jié)本章的核心概念與關(guān)鍵能力。2.根據(jù)自己的掌握情況填寫下表。學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握程度三維建模的思路□不了解□了解□理解常用的三維設(shè)計(jì)軟件□不了解□了解□熟悉創(chuàng)建三維模型的一般方法□沒掌握□掌握□熟練掌握規(guī)劃設(shè)計(jì)三維模型方案□沒掌握□掌握□熟練掌握制作零件的三維模型□沒掌握□掌握□熟練掌握裝配零件成一個(gè)模型□沒掌握□掌握□熟練掌握發(fā)布三維模型□沒掌握□掌握□熟練掌握3.回答以下問題，完成活動(dòng)反思。（1）你們小組的三維模型成品和最初規(guī)劃設(shè)計(jì)的是否一致？如果不一致，原因是什么？（2）在制作三維模型的項(xiàng)目活動(dòng)中，你們小組面臨的最大困難是什么？是如何克服的？（3）在項(xiàng)目活動(dòng)中，你們小組的協(xié)作學(xué)習(xí)是否順利？是否如期完成？如果沒有如期完成，原因是什么？課后作業(yè)1.查閱資料，了解更多關(guān)于現(xiàn)實(shí)生活中工業(yè)制造的零件裝配知識。2.嘗試安裝其他三維設(shè)計(jì)軟件并構(gòu)建三維模型，對比不同軟件功能上的異同。3.查閱資料，進(jìn)一步了解三維打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。板書設(shè)計(jì)第2章構(gòu)建三維模型2.3裝配和發(fā)布三維模型1