邢剛 路玲 周玉 王麗 程彪

摘要：畫(huà)法幾何識(shí)圖過(guò)程是通過(guò)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3ds max軟件制作的識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)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(guò)程，再現(xiàn)大腦的思維過(guò)程。本文詳細(xì)敘述了這類(lèi)識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程和要點(diǎn)，制作中用到3ds max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(dòng)動(dòng)畫(huà)等技術(shù)。

關(guān)鍵詞：畫(huà)法幾何;識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà);3ds max;切片修改器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）09-0201-03

0 引言

畫(huà)法幾何是一門(mén)比較抽象的課程，學(xué)好這門(mén)課要求學(xué)生有一定的空間想象能力，對(duì)于非機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)起來(lái)通常比機(jī)械類(lèi)專(zhuān)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(lái)。如何提高學(xué)生的識(shí)圖能力，是畫(huà)法幾何這門(mén)課程的難點(diǎn)之一[1]，識(shí)圖過(guò)程是大腦的思維過(guò)程，教師用語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)十分困難，學(xué)生不容易聽(tīng)懂。當(dāng)前畫(huà)法幾何課程主流的教學(xué)課件是PPT配合flash動(dòng)畫(huà)[2]，但它在畫(huà)法幾何識(shí)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(shí)投影關(guān)系，觀察視角不能自由變換，對(duì)圖形變化的細(xì)節(jié)很難表達(dá)清楚。

1 制作畫(huà)法幾何識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)的整體思路

經(jīng)過(guò)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(shí)圖能力：（1）通過(guò)識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)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(gè)過(guò)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。3ds max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(guò)該軟件制作的識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)能很好地解決之一問(wèn)題，它能再現(xiàn)大腦的思維過(guò)程，把形體三視圖轉(zhuǎn)化為立體圖形這一過(guò)程形象地、準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)毫無(wú)困難，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。

2 制作畫(huà)法幾何識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)具體步驟

下面通過(guò)一個(gè)代表性例子說(shuō)明這類(lèi)識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)的制作方法和制作要點(diǎn)。圖1是拉伸體在三個(gè)投影面上的投影，這幅圖片是動(dòng)畫(huà)開(kāi)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(gè)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3ds max中創(chuàng)建三盞目標(biāo)平行光，并分別垂直于上述三個(gè)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(gè)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(duì)象屬性中不勾選投射陰影選項(xiàng)，讓它在三個(gè)投影面上不產(chǎn)生投影。（4）在3ds max中打開(kāi)3D捕捉，勾選捕捉頂點(diǎn)選項(xiàng)，通過(guò)捕捉拉伸體邊界上的頂點(diǎn)，畫(huà)出拉伸體邊界樣條線，并打開(kāi)樣條線修改菜單，在渲染選項(xiàng)卡中勾選在渲染中啟用這一項(xiàng)，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(gè)投影面上產(chǎn)生投影[6]。（5）在3ds max中打開(kāi)3D捕捉，去掉捕捉頂點(diǎn)選項(xiàng)，勾選捕捉面選項(xiàng)，用樣條線在三個(gè)投影面上畫(huà)線，要求與拉伸體邊界上的樣條線在三個(gè)投影面的投影重合。在應(yīng)該畫(huà)虛線的地方一小段樣條線，通過(guò)移動(dòng)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(huà)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(shí)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(dòng)平面的實(shí)形，非特征視圖反映其運(yùn)動(dòng)方式，拉伸體識(shí)圖的思維過(guò)程是：先抓住拉伸體的特征視圖，再判斷其運(yùn)動(dòng)方式，就能想象出拉伸體的形狀[7]。通過(guò)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(dòng)平面的實(shí)形，動(dòng)平面沿其法線方向作平移運(yùn)動(dòng)。具體的思維過(guò)程是：首先由主視圖和俯視圖中最大的矩形確定一個(gè)長(zhǎng)方體，這個(gè)長(zhǎng)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(dòng)平面沿其法線運(yùn)動(dòng)，對(duì)長(zhǎng)方體進(jìn)行切割，所得的物體就是拉伸體。這段動(dòng)畫(huà)就是把上述的思維過(guò)程生動(dòng)地表現(xiàn)出來(lái)，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(jiàn)，動(dòng)畫(huà)中線框從第150幀飛出，第180幀時(shí)達(dá)到圖3位置。

圖4的制作要點(diǎn)是：圖中長(zhǎng)方體從第一幀的就在視圖中，長(zhǎng)方體的下底面和拉伸體的下底面對(duì)齊，對(duì)長(zhǎng)方體加一個(gè)切片修改器，選中切片修改器下的子對(duì)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(zhǎng)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(duì)切片平面做動(dòng)畫(huà)，在0～180幀時(shí)讓它位于長(zhǎng)方體下方，在這段時(shí)間長(zhǎng)方體不可見(jiàn)，180～210幀切片平面由長(zhǎng)方體底部運(yùn)動(dòng)到長(zhǎng)方體頂部，這段時(shí)間長(zhǎng)方體從下向上逐漸出現(xiàn)，210幀以后長(zhǎng)方體全部可見(jiàn)。

圖5中為了達(dá)到更好的立體效果，賦予長(zhǎng)方體半透明材質(zhì)，長(zhǎng)方體確定了拉伸體的空間位置和體積范圍，拉伸體的動(dòng)平面沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)長(zhǎng)方體進(jìn)行切割就能得到拉伸體。動(dòng)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(dòng)平面的外部線框飛出，對(duì)長(zhǎng)方體進(jìn)行切割。

圖6是拉伸體動(dòng)平面外線框切割長(zhǎng)方體過(guò)程的一幀截圖，動(dòng)平面外線框把位于外線框外部的長(zhǎng)方體部分切割掉。制作要點(diǎn)是：對(duì)長(zhǎng)方體再加一個(gè)切片修改器，切片平面平行與左視圖，位于長(zhǎng)方體和拉伸體的交界出，切片類(lèi)型選擇移除頂部，長(zhǎng)方體位于切片平面左方部分會(huì)看不見(jiàn)，同時(shí)對(duì)拉伸體也加一個(gè)切片修改器，切片平面的位置和長(zhǎng)方體的切片平面相同，切片類(lèi)型選中移除底部，拉伸體位于切片平面的右方不可見(jiàn)。在動(dòng)畫(huà)290～350幀切片平面從長(zhǎng)方體的最左邊向x軸的正方向移動(dòng)，移動(dòng)到長(zhǎng)方體最右邊，移動(dòng)中長(zhǎng)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(dòng)平面的內(nèi)線框在動(dòng)畫(huà)的380～430幀切割拉伸體過(guò)程的一幀截圖，拉伸體被動(dòng)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(lèi)似介紹從略。整個(gè)拉伸體識(shí)圖動(dòng)畫(huà)共470幀（15.7秒），在短短的十幾秒的時(shí)間，就把由拉伸體三視圖想象出立體圖的大腦思維過(guò)程完整、清晰地表達(dá)出來(lái)，學(xué)生看起來(lái)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(yǔ)

識(shí)圖三維動(dòng)畫(huà)是畫(huà)法幾何三維動(dòng)畫(huà)課件的一部分，全套的動(dòng)畫(huà)課件涵蓋本課程的各個(gè)知識(shí)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(mén)課，它也適合在線教學(xué)的要求，制作畫(huà)法幾何三維動(dòng)畫(huà)課件用到的3ds max動(dòng)畫(huà)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(shí)課件的基礎(chǔ)。但這種三維動(dòng)畫(huà)課件目前在課堂教學(xué)中應(yīng)用很少，因?yàn)橹谱髌饋?lái)有一定難度，本文提供的制作思路供大家參考。

參考文獻(xiàn)

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