资源简介

第 2 章 构建三维模型
2.2 设计和新建三维模型
教学设计
教学背景
信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。当代高速发展的信息科技对全球经济、社会和文化发展起着越来越重要的作用。
义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。信息科技课程旨在培养科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升数字素养与技能。
教材分析
本节课的教学内容选自人教/地图出版社选择性必修5 三维设计与创意　第 2 章 构建三维模型　2.2 设计和新建三维模型。
构建三维模型是三维设计的基础与根本。如同盖房子需要先建地基搭框架结构一样，制作三维动画、三维交互作品等时，都需要先构建三维模型。本章我们在了解三维建模思路、常见三维设计软件的基础上，掌握构建三维模型的一般方法，体验设计模型、制作零件模型、装配零件并发布的过程，掌握三维建模的基础知识和基本操作，学会构建简单的三维模型。
教学目标
1.剖析物体的三维构造并绘制各部件的尺寸图。
2.熟悉相关三维设计软件的基本操作。
3.初步学会基本几何体建模和截面轮廓线建模两种三维建模方法。
4.体验设计、制作三维模型的理念、方法和过程。
教学重点与难点
教学重点:剖析物体的三维构造并绘制各部件的尺寸图。
教学难点:体验设计、制作三维模型的理念、方法和过程。
教学方法与教学手段
案例分析法、讲授法、任务驱动法。
教学过程
问题导入
体验探索
透过物体的基本形状，观察三维构造
利用三角形、圆形、矩形等基本形状，通过不同的排列组合可以生成各种物体的结构。无论多么复杂的物体，都是由这些基本形状组成的。例如，虽然图 2.2.1 （参见教材P53）所示的轿车看起来比较复杂，但是经过拆分后可以看到，主要是由车轮、方向盘、车底盘等零部件构成的。各个零部件也是由基本形状组成的。
探究：观察生活中的一些物体，分析它们由哪些基本形状组成。在仔细辨别物体基本形状的同时，磨炼观察力，学会透过物体看到物体的比例及其三维构造。
三维模型设计
根据三维建模的思路，在设计结构相对复杂的模型时，需要先将三维模型进行拆分，分析模型所需要的零件，再设计零件的外观和尺寸，尤其是相互配合的零件间的尺寸关联，完成全部零件模型后再进入装配环境中装配零件。因此在设计三维模型之前，往往需要设计模型方案。
设计方案的第一步就是确定模型所需要的零件。以图 2.2.2 （参见教材P54）所示的轿车三维模型为例，虽然其模型看起来复杂，但是可以把它分解为多个简单的零件模型（图 2.2.3）（参见教材P54）。
在三维设计软件中打开配套资源中的“轿车装配体 .Z1A”三维模型文件（图 2.2.4）（参见教材P54），然后再打开各个零件模型的文件，观察各个零件的尺寸图（表 2.2.1）（参见教材P55～56）。
从表 2.2.1（参见教材P55～56） 中可以看出，轿车包括底盘、车身、发动机、车灯、车轴、方向盘、车轮、挡泥板、后备箱、备用轮胎支座、散热器加水盖等多个零件。
根据实际需要，可以确定每一个零件的外观和尺寸。在纸上画出大概的轮廓，标注简单的尺寸。但需要注意不同零件之间的配合尺寸设计，如车轴直径应与车轮轴孔尺寸一致，车身与车底盘尺寸要吻合。在建模开始前要充分考虑，在建模开始后尽量不要修改设计方案。
思考活动
改进设计方案
思考上面的设计方案中，哪些尺寸之间具有关联性，然后尝试改进轿车的设计方案，争取使轿车的外观曲线更圆滑、车轮结构更坚固、底盘设计更轻巧等。
项目实施
确定项目主题和设计方案
1. 小组成员一起讨论交流，确定本小组的主题。可以选择本章的项目主题，设计“飞机三维模型”方案，也可以根据本组的兴趣和讨论结果，选择其他主题。如有的小组选择“飞机三维模型”方案，有的小组选择的是“桌椅三维模型”设计方案。
2. 围绕小组的项目主题，确定三维模型的设计方案，填写在表 2.2.2 中。
表 2.2.2 三维模型的设计方案
零件名称 尺寸 /mm
利用基本几何体建模的方法构建模型
前面介绍了轿车装配体的三维模型，其中轿车底盘零件的平面图和尺寸如表 2.2.1 （参见教材P55～56）所示。
下面介绍如何利用基本几何体建模的方法构建图 2.2.5 （参见教材P58）所示的轿车底盘三维模型。
在建模之前，需要分析以下问题。
（1）运用哪些几何体可以实现轿车底盘的建模？
（2）构建这些几何体分别需要哪些运算命令？
（3）每个几何体的尺寸参数是什么？
通过观察图 2.2.5 （参见教材P58）可以看出，该轿车底盘的设计主要运用了六面体和圆柱体，其中底盘的主体是由六面体构建而成的。
在建模时，合理地设计操作流程，可以使建模过程更加高效。
构建轿车底盘主体的方法有很多，最方便的方法是结合不同的加运算和减运算，先建一个长、宽、高分别为 127mm、95.2mm、12.7mm的长方体，然后加运算长、宽、高分别为 127mm、76.2mm、31.8mm的长方体，再减运算长、宽、高分别为 88.8mm、95.2mm、25.4mm的长方体。
实践活动
制作轿车底盘和车轮的三维模型
1. 在网格平面上创建底部长方体，长、宽、高分别为 127mm、95.2mm、12.7mm，中心位置在（0,0,0），如图 2.2.6 （参见教材P58）所示。
2. 创建上部长方体，长、宽、高分别为 127mm、76.2mm、31.8mm，然后进行加运算（可以自动捕捉底部长方体的中心），如图 2.2.7 （参见教材P58）所示。
3. 创建长方体，长、宽、高分别为 88.8mm、95.2mm、25.4mm，然后进行减运算（可以自动捕捉底部长方体的中心），如图 2.2.8 （参见教材P59）所示。
4. 创建圆柱体，然后进行减运算，创建轴孔（可以自动捕捉圆柱体的圆心），如图 2.2.9 （参见教材P59）所示。
5. 在适当位置创建大圆柱体，进行加运算，接着创建小圆柱体，进行减运算，创建排气管（图 2.2.10）（参见教材P59）。
6. 利用组合编辑命令，把上述零件组合为一个整体（图 2.2.11）（参见教材P59）。
7. 根据表 2.2.1 （参见教材P55～56）中车轮的模型和尺寸，构建车轮的三维模型（图 2.2.12）（参见教材P60）。为了使模型看起来更生动形象，尝试运用特征造型命令对模型进行修饰，如图 2.2.13（参见教材P60） 所示。
利用截面轮廓线建模的方法构建模型
图 2.2.14 （参见教材P60）为轿车车身的主视图，图 2.2.15 （参见教材P60）为车身的俯视图，从中可以看出车身的形状轮廓比较复杂。下面介绍如何利用截面轮廓线建模的方法构建如图 2.2.16 （参见教材P60）所示的车身模型。
在建模之前，需要分析并确定以下问题。
（1）对复杂的图形建模，可以使用截面轮廓线建模的方法。
（2）应该先绘制出设计图中主视图的轮廓线，然后结合拉伸命令，完成基本形状的设计。
（3）图 2.2.15 中红线圈的部分，可以做成三角形草图，然后进行拉伸后利用减运算切除。
（4）方向盘插孔可以采用旋转命令并进行减运算来完成，后窗可以直接用基本几何体建模的方法来完成。
实践活动
制作车身及其他零件的三维模型
1. 选择草图绘制工具，选择多段线，按照坐标绘制车身草图 1（图 2.2.17）（参见教材P61）。
2. 单击拉伸命令，“轮廓 P”栏选择“草图 1”。为了方便后面方向盘孔的创建，选择“拉伸类型”为“2 边”，修改尺寸为 38.1，完成车身的创建（图 2.2.18）（参见教材P61）。
3. 在车身底面绘制三角形草图，选择草图绘制工具，单击直线命令，选择绘制草图的面为车身底面，单击查看视图中的自动对齐视图命令，对齐视图（图 2.2.19）（参见教材P61）。
4. 依次绘制三角形的两条直角边，选择要镜像的实体为三角形的三条边，点 1、点 2 分别选择直角的两条边，完成后删除辅助线（图 2.2.20）（参见教材P61）。
5. 选择三角形草图 2，拉伸后进行减运算，完成车身（图 2.2.21）（参见教材P62）。
6. 自动捕捉中心，添加圆柱体后进行减运算，完成车后窗（图 2.2.22）（参见教材P62）。
7. 绘制方向盘轴孔草图，绘制短边边长为 3.2，保持矩形的长边位置偏上，如图2.2.23 （参见教材P62）所示。
8. 对轴孔进行特征造型，旋转后进行减运算，完成方向盘轴孔模型，如图 2.2.24所示。
9. 类似地，利用截面轮廓线建模的方法，完成其他零件的三维模型，如挡泥板、发动机、后备箱等。根据表 2.2.3 （参见教材P63）中的零件效果图，先完成零件的模型分析，然后完成零件的建模。
项目实施
利用三维建模方法制作各部分零件
1. 分析本小组的设计方案，确定各部分零件的制作方案。
2. 利用三维建模方法，在三维设计软件中制作三维模型的各部分零件。表 2.2.4 （参见教材P62）中为一个小组设计的飞机零件模型。
课后作业
1. 在本节的案例中，轿车的车身、挡泥板、发动机等的模型设计曲线不够圆滑，样式缺乏新意，你觉得还可以如何改进？请完善模型的设计。
2. 图 2.2.25 （参见教材P64）为一个小组利用三维设计软件为某餐厅构建的桌椅三维模型。你觉得有哪些需要改进的地方？尝试利用所学知识，在餐桌上添加餐具，如杯子、盘子、碗等。
板书设计
第 2 章 构建三维模型　
2.2 设计和新建三维模型
1.三维模型设计
2.利用基本几何体建模的方法构建模型
3.利用截面轮廓线建模的方法构建模型
普通高中教科书
信息技术　选择性必修 5 三维设计与创意
编著
人民教育出版衬课程教材研究所信息技术课程教材研究开发中心
中国地图出版社教材出版分社
总 主 编 ：祝智庭 樊 磊
副总主编 ：高淑印 郭 芳 李 锋
本册主编：吴伟和 朱从娜
编写人员：马 静 张 琼 贾宏洁 杨翠英 侯英瑞

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