CN110136562A - 一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学系统及方法 - Google Patents

一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学系统及方法，属于教学领域。它包括实物展示平台、视图展示系统、数据采集终端和数据传递系统，实物展示平台，用于显示待展示的混凝土结构物的实物结构，包括模型本体和摄像头放置台，所述实验台上设有用于放置所述模型本体的转盘，和用于使转盘转动的转动电机，所述转动电机安装于实验台下端，且转动电机的输出端与转盘连接，所述模型本体有多个，且多个模型本体呈环形的安装在转盘上，所述摄像头放置台为环形，且实验台位于摄像头放置台内侧。本发明能够帮助学生快速准确的把握混凝土结构的内部构造，降低学生读图和理解图纸的难度，提高了教学质量。

Description

一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学系统及方法
技术领域
本发明属于教学系统领域，具体的说是一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学系统及方法。
背景技术
混凝土结构是现代城市建筑的主要结构形式，80％以上的建筑都会采用钢筋混凝土结构。因此，各大高校的土木建筑类专业教学中，混凝土结构图纸的识读就是一门重要专业基础课程，是学生继续学好其他相关专业技能的前提，也是将来职业岗位必须的基础技能。
建筑中混凝土结构实际上是一个结构系统，由梁、板、柱、墙、基础及楼梯等结构构件相互连接组成。要掌握结构系统，必须首先了解各结构构件和各种连接节点，然后再理顺各构件之间的空间关系即可。不管是混凝土结构构件，还是连接节点，都是一个一个的三维对象，都是由外包的混凝土和其内部的钢筋网所组成。外包的混凝土一般都是规则几何体，理解起来不难。复杂的是其内部钢筋的锚固、连接、间距、固定方法等细节要求。识读混凝土结构图纸，关键是掌握钢筋混凝土结构中的钢筋构造。可见，识读混凝土结构图纸，不仅要熟悉其外观形态，还必须熟悉其内部钢筋的构造方法。
现阶段，设计师在设计钢筋混凝土结构时，是采用若干个相互关联的二维的、三个方向的视图和剖面图的方法表达一个三维对象，而读图者又必须将设计师设计的若干二维的、三视图和剖面图联合起来考量，还原出其三维形态，并加以理解。
上述现有技术存在以下缺点：
1.设计表达不完整。混凝土结构设计时，由于是采用若干个相互关联的二维的、三个方向的视图和剖面图的方法表达一个三维对象，可能出现表达不完整、图形关联不紧密、数据相互不一致等问题，这就是常说的“错、漏、碰”。
2、图纸理解有偏差。由于读图者的能力水平的差异，部分读图者对图纸所表达对象的空间关系，指标规定理解不准确，不正确，断章取义。
3、读图学习有困难。部分学生和工程技术初学者空间想象能力不强，学习起来苦涩乏味。造成部分土木建筑类专业毕业生读图能力差，行业评价不高。
发明内容
本发明的目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学系统及方法。
第一方面，本发明的技术方案为：一种用于清晰显示混凝土三维结构的教学系统，包括实物展示平台、视图展示系统、数据采集终端和数据传递系统，其中，
所述实物展示平台，用于显示待展示的混凝土结构物的实物结构，包括按照待展示的混凝土结构物等比例缩小的模型本体，用于放置模型本体的实验台，和放置有微型摄像头的摄像头放置台，所述实验台上设有用于放置所述模型本体的转盘，和用于使转盘转动的转动电机，所述转动电机安装于实验台下端，且转动电机的输出端与转盘连接，所述模型本体有多个，且多个模型本体呈环形的安装在转盘上，所述摄像头放置台为环形，且实验台位于摄像头放置台内侧；
所述视图展示系统，用于显示待展示的混凝土结构物的三维视图或二维视图，包括内部安装有多款视图处理软件的电脑、用于将电脑上界面投影到投影墙上的投影仪，和用于放置电脑和投影仪的讲台；
所述数据采集终端，用于获取所述实物展示平台上的混凝土结构物的数据信息，包括用于储存微型摄像头拍摄到的实时图像的数据储存单元；
所述数据传递系统，用于将数据采集终端获取到的数据信息传递给视图展示系统，包括无线传递模块和有线传递模块，所述无线传递模块包括与所述数据储存单元连接的蓝牙发射器，和与集成在电脑上的无线接收模块，所述有线传递模块包括与所述储存单元连接的网线传输接口，和集成在在电脑上的网线接收接口。
在上述技术方案中，所述实验台包括转盘放置架和工作台，转盘和转动电机均安装在转盘放置架上，工作台上安装有摆动轴、摆动电机、摆动齿轮和齿轮轴，所述转盘放置架可转动的安装在摆动轴上，且摆动轴位于工作台上端，摆动电机、摆动齿轮和齿轮轴均位于工作台下端，所述转盘放置架两端连接有摆动定位板，摆动定位板的底部连接有摆动齿条，所述摆动齿轮有多个且均与摆动齿条啮合，多个摆动齿轮均位于齿轮轴上，且齿轮轴与摆动电机的输出端连接；
所述工作台的两侧还安装有试验台升降滑块，所述摄像头放置台两侧对应的安装有升降电机和升降链条，升降链条上安装有与所述试验台升降滑块固定连接的电机升降滑块，升降电机的输出端连接有与所述升降链条匹配的升降链轮，所述升降电机通过升降链条及升降链轮带动电机升降滑块上下运动，进而通过电机升降滑块带动带动实验台上下运动。
所述实验台的两侧还安装有位于所述试验台升降滑块两侧的升降限位滑槽，摄像头放置台还安装有与试验台升降滑轨匹配的升降限位滑轨。
第二方面，本发明的技术方案为：一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学方法，它包括如下步骤：
S1：先在电脑上准备好用于处理混凝土结构的三维视图和二维视图的软件，接着在试验台上放置好模型本体，并在摄像头放置台上放置好摄像头，最后确保所述实物展示平台和视图展示系统之间处于接通状态；
S2：转动电机带动转盘转动，从而将转盘上需要展示的某个模型本体转动到合适的位置，摆动电机通过摆动齿轮和摆动齿条带动转盘放置架左右摆动，进而将转盘调整到合适的展示角度，升降电机通过升降链条及升降链轮带动电机升降滑块上下运动，进而通过电机升降滑块带动带动实验台12上下运动；
S3：微型摄像头通过数据传递系统将数据传递给电脑，电脑通过投影仪展示混凝土结构的模型本体、三维视图和二维视图；
S4：当需要展示模型本体、三维视图和二维视图之间的相互关系时，先运用AUTOCAD绘制混凝土结构节点的二维图并将二维图分层打印成PDF格式文件，接着用PHOTOSHEOP处理所述PDF格式文件，并添加二维图的交互，并将结果保存成PNG格式文件，然后运用3DMAX建立相应节点的三维模型，并添加材质贴图，将三维模型保存成FBX格式文件，再接着将保存PNG格式文件和FBX格式文件导入到UNITY3D软件中，添加二、三维交互链接，最后设置三维图默认观察角度，并导出成混凝土结构节点的EXE可执行文件。
本发明能够帮助学生快速准确的把握混凝土结构的内部构造，降低学生读图和理解图纸的难度，提高了教学质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为试验台和模型本体之间的连接结构示意图。
图3为图2的主视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：一种用于清晰显示混凝土三维结构的教学系统，包括实物展示平台1、视图展示系统2、数据采集终端3和数据传递系统4，其中，
所述实物展示平台1，用于显示待展示的混凝土结构物的实物结构，包括按照待展示的混凝土结构物等比例缩小的模型本体11，用于放置模型本体11的实验台12，和放置有微型摄像头14的摄像头放置台13，所述实验台12上设有用于放置所述模型本体11的转盘121，和用于使转盘121转动的转动电机122，所述转动电机122安装于实验台12下端，且转动电机122的输出端与转盘121连接，所述模型本体11有多个，且多个模型本体11呈环形的安装在转盘121上；
所述视图展示系统2，用于显示待展示的混凝土结构物的三维视图或二维视图，包括内部安装有多款视图处理软件的电脑21、用于将电脑上界面投影到投影墙上的投影仪22，和用于放置电脑31和投影仪的讲台23；
所述数据采集终端3，用于获取所述实物展示平台上的混凝土结构物的数据信息，包括用于储存微型摄像头拍摄到的实时图像的数据储存单元31；
所述数据传递系统4，用于将数据采集终端获取到的数据信息传递给视图展示系统，包括无线传递模块41和有线传递模块42，所述无线传递模块包括与所述数据储存单元连接的蓝牙发射器411，和与集成在电脑31上的蓝牙接收模块412，所述有线传递模块包括与所述储存单元连接的网线传送接口421，和集成在在电脑31上的网线接收接口422。
在上述技术方案中，所述实验台12包括转盘放置架123和工作台124，转盘121和转动电机122均安装在转盘放置架123上，工作台124上安装有摆动轴125、摆动电机126、摆动齿轮127和齿轮轴128，所述转盘放置架123可转动的安装在摆动轴125上，且摆动轴125位于工作台124上端，摆动电机、摆动齿轮127和齿轮轴128均位于工作台124下端，所述转盘放置架123两端连接有摆动定位板129，摆动定位板129的底部连接有摆动齿条120，所述摆动齿轮127有多个且均与摆动齿条120啮合，多个摆动齿轮127均位于齿轮轴128上，且齿轮轴128与摆动电机的输出端连接；
所述工作台124的两侧还安装有试验台升降滑块131，所述摄像头放置台13两侧对应的安装有升降电机132和升降链条133，升降链条133上安装有与所述试验台升降滑块131固定连接的电机升降滑块134，升降电机132的输出端连接有与所述升降链条133匹配的升降链轮135，所述升降电机132通过升降链条133及升降链轮135带动电机升降滑块134上下运动，进而通过电机升降滑块134带动带动实验台12上下运动。
在上述技术方案中，所述实验台12的两侧还安装有位于所述试验台升降滑块131两侧的升降限位滑槽，摄像头放置台13还安装有与试验台升降滑轨匹配的升降限位滑轨。
实际工作时，本发明的教学方法包括如下步骤：
S1：先在电脑上准备好用于处理混凝土结构的三维视图和二维视图的软件，接着在试验台上放置好模型本体11，并在摄像头放置台上放置好摄像头，最后确保所述实物展示平台1和视图展示系统2之间处于接通状态；
S2：转动电机122带动转盘121转动，从而将转盘121上需要展示的某个模型本体11转动到合适的位置，摆动电机通过摆动齿轮127和摆动齿条120带动转盘放置架123左右摆动，进而将转盘121调整到合适的展示角度，升降电机132通过升降链条133及升降链轮135带动电机升降滑块134上下运动，进而通过电机升降滑块134带动带动实验台12上下运动；
S3：微型摄像头通过数据传递系统4将数据传递给电脑，电脑通过投影仪展示混凝土结构的模型本体1、三维视图和二维视图；
S4：当需要展示模型本体1、三维视图和二维视图三者之间的相互关系时，先运用AUTOCAD绘制混凝土结构节点的二维图并将二维图分层打印成PDF格式文件，接着用PHOTOSHEOP处理所述PDF格式文件，并添加二维图的交互，并将结果保存成PNG格式文件，然后运用3DMAX建立相应节点的三维模型，并添加材质贴图，将三维模型保存成FBX格式文件，再接着将保存PNG格式文件和FBX格式文件导入到UNITY3D软件中，添加二、三维交互链接，最后设置三维图默认观察角度，并导出成混凝土结构节点的EXE可执行文件。
本发明中所描述的位置关系用语，仅是指向相应的附图所作的描述,其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (4)

1.一种用于清晰显示混凝土三维结构的教学系统，其特征在于：包括实物展示平台(1)、视图展示系统(2)、数据采集终端(3)和数据传递系统(4)，其中，
所述实物展示平台(1)，用于显示待展示的混凝土结构物的实物结构，包括按照待展示的混凝土结构物等比例缩小的模型本体(11)，用于放置模型本体(11)的实验台(12)，和放置有微型摄像头(14)的摄像头放置台(13)，所述实验台(12)上设有用于放置所述模型本体(11)的转盘(121)，和用于使转盘(121)转动的转动电机(122)，所述转动电机(122)安装于实验台(12)下端，且转动电机(122)的输出端与转盘(121)连接，所述模型本体(11)有多个，且多个模型本体(11)呈环形的安装在转盘(121)上；
所述视图展示系统(2)，用于显示待展示的混凝土结构物的三维视图或二维视图，包括内部安装有多款视图处理软件的电脑(21)、用于将电脑上界面投影到投影墙上的投影仪(22)，和用于放置电脑(31)和投影仪的讲台(23)；
所述数据采集终端(3)，用于获取所述实物展示平台上的混凝土结构物的数据信息，包括用于储存微型摄像头拍摄到的实时图像的数据储存单元(31)；
所述数据传递系统(4)，用于将数据采集终端获取到的数据信息传递给视图展示系统，包括无线传递模块(41)和有线传递模块(42)，所述无线传递模块包括与所述数据储存单元连接的蓝牙发射器(411)，和与集成在电脑(31)上的蓝牙接收模块412，所述有线传递模块包括与所述储存单元连接的网线传送接口(421)，和集成在在电脑(31)上的网线接收接口(422)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述实验台(12)包括转盘放置架(123)和工作台(124)，转盘(121)和转动电机(122)均安装在转盘放置架(123)上，工作台(124)上安装有摆动轴(125)、摆动电机(126)、摆动齿轮(127)和齿轮轴(128)，所述转盘放置架(123)可转动的安装在摆动轴(125)上，且摆动轴(125)位于工作台(124)上端，摆动电机(126)、摆动齿轮(127)和齿轮轴(128)均位于工作台(124)下端，所述转盘放置架(123)两端连接有摆动定位板(129)，摆动定位板(129)的底部连接有摆动齿条(120)，所述摆动齿轮(127)有多个且均与摆动齿条(120)啮合，多个摆动齿轮(127)均位于齿轮轴(128)上，且齿轮轴(128)与摆动电机(126)的输出端连接；
所述工作台(124)的两侧还安装有试验台升降滑块(131)，所述摄像头放置台(13)两侧对应的安装有升降电机(132)和升降链条(133)，升降链条(133)上安装有与所述试验台升降滑块(131)固定连接的电机升降滑块(134)，升降电机(132)的输出端连接有与所述升降链条(133)匹配的升降链轮(135)，所述升降电机(132)通过升降链条(133)及升降链轮(135)带动电机升降滑块(134)上下运动，进而通过电机升降滑块(134)带动带动实验台(12)上下运动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述实验台(12)的两侧还安装有位于所述试验台升降滑块(131)两侧的升降限位滑槽，摄像头放置台(13)还安装有与试验台升降滑轨匹配的升降限位滑轨。
4.根据权利要求1所述的一种可展示混凝土结构内部构造要求的教学方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S1：先在电脑上准备好用于处理混凝土结构的三维视图和二维视图的软件，接着在试验台上放置好模型本体(11)，并在摄像头放置台上放置好摄像头，最后确保所述实物展示平台(1)和视图展示系统(2)之间处于接通状态；
S2：转动电机(122)带动转盘(121)转动，从而将转盘(121)上需要展示的某个模型本体(11)转动到合适的位置，摆动电机通过摆动齿轮(127)和摆动齿条(120)带动转盘放置架(123)左右摆动，进而将转盘(121)调整到合适的展示角度，升降电机(132)通过升降链条(133)及升降链轮(135)带动电机升降滑块(134)上下运动，进而通过电机升降滑块(134)带动带动实验台(12)上下运动；
S3：微型摄像头通过数据传递系统(4)将数据传递给电脑，电脑通过投影仪展示混凝土结构的模型本体(1)、三维视图和二维视图；
S4：当需要展示模型本体(1)、三维视图和二维视图三者之间的相互关系时，先运用AUTOCAD绘制混凝土结构节点的二维图并将二维图分层打印成PDF格式文件，接着用PHOTOSHEOP处理所述PDF格式文件，并添加二维图的交互，并将结果保存成PNG格式文件，然后运用3DMAX建立相应节点的三维模型，并添加材质贴图，将三维模型保存成FBX格式文件，再接着将保存PNG格式文件和FBX格式文件导入到UNITY3D软件中，添加二、三维交互链接，最后设置三维图默认观察角度，并导出成混凝土结构节点的EXE可执行文件。
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