Dựng phim mô phỏng chuyển động của vật thể bằng phần mềm đồ họa Solidworks

Bài viết này trình bày một đoạn phim mô phỏng các đối tượng chuyển động. Nó sử dụng phần mềm SolidWorks 2009 để vẽ các đối tượng đồ họa và các đối tượng 3 chiều (3D). Phần mềm này cũng được sử dụng để lắp ráp các đối tượng thành một hệ thống đa chức năng và thực hiện dựng phim với các đối tượng chuyển động phù hợp cho việc dạy vật lý, hóa học và kỹ thuật. Để minh họa điều này, tác giả cho thấy cách tạo một video mô phỏng sự lắc của con lắc.

Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số (10) – 2013 DỰNG PHIM MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT THỂ BẰNG PHẦN MỀM ĐỒ HỌA SOLIDWORKS Ngô Bảo Trường Đại học Thủ Dầu Một TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp làm phim mô chuyển động vật thể Đó sử dụng phần mềm đồ họa SolidWorks 2009 để vẽ vật thể chiều (3D), lắp ghép vật thể với thành hệ thống nhiều vật tạo dựng thành phim động phục vụ giảng dạy vật liù, hóa học môn học thuộc khối ngành kĩ thuật Để minh họa, tác giả trình bày cách dựng đoạn phim mô dao động lắc đơn Từ khóa: mô phỏng, vật thể chiều (3D) * Đặt vấn đề Vẽ phận lắc đơn Con lắc đơn gồm cầu gắn vào dây treo chốt treo cố đònh Trong giảng dạy vật lí, hóa học môn học thuộc khối ngành kĩõ thuật, giáo viên thường xuyên phải mô tả cho học viên nghe dạng chuyển động như: chuyển động hạt electron xung quanh hạt nhân, dao động lắc đơn, chuyển động phân tử hóa chất tác dụng với phản ứng hóa học xảy ra, dao động tòa nhà chòu tác dụng gió, chuyển động đường sức từ gây mômen làm quay trục động điện… Tất loại chuyển động mô phần mềm đồ họa SolidWorks 2009 Khi trình chiếu giảng Hình 1: Con lắc đơn 2.1 Khởi động Solidworks tạo Powerpoint, ta chèn vào đoạn phim mô hình trống, sẵn sàng để vẽ chuyển động cấu trúc không gian i/ File > New > Xuất hộp thoại chiều để minh họa hiệu dạy học New SolidWorks Document hình tập cao, người học thấy thú vò hơn, giảng giáo viên sinh động ii/ Chọn Part (ở hình 2) > OK > Xuất Trong báo này, trình bày hình làm việc SolidWorks hình cách dùng SolidWorks 2009 để vẽ dựng phim mô chuyển động hệ vật iii/ Nhấp chuột trái chọn Sketch phía đơn giản nhất, lắc đơn Command Manager > Tieáp 65 Journal of Thu Dau Mot University, No (10) – 2013 theo chọn Sketch phần đầu bên trái Command Manager > Xuất hình gồm mặt phẳng vuông góc laø Top Plane, Front Plane vaø Right Plane > Nhấp chọn Front Plane, SolidWorks mở hình sẵn sàng để vẽ ii/ Nhấp chuột trái chọn Top Plane Feature Manager Design tree phía trái hình 5a > Nhấp chọn dấu mũi tên (Normal To) công cụ Standard View > Màn hình làm việc xoay góc 900 (lúc này, có vẽ nét vẽ vuông góc với mặt phẳng vẽ phần trước > Chọn Sketch phần đầu bên trái Command Manager > Hình ) Command Manager > Con trỏ chuột trở thành viết > Ta để mũi viết vào gốc tọa độ hình, giữ chuột trái vẽ thành đường tròn > Nhập bán kính đường tròn vừa vẽ 10 vào ô phía trái trình bày phần trước > xong, nhấn dấu tick () hộp thoại Circle bên trái hình > Nhấp chọn Sketch phần đầu trái Command Manager để thoát lệnh vẽ Chọn biểu tượng hình tròn ( Hình 2.2 Vẽ cầu dây treo lắc đơn Kết cuối bước vẽ Bước 1: Vẽ cầu đường tròn giống hình 4a, ta giữ chuột kéo để xoay i/ Từ hình sẵn sàng vẽ trình bày phần trên, chọn biểu tượng hình tròn ( )trên Command Manager > Con trỏ chuột trở thành viết > Để mũi viết vào gốc biểu tượng gốc tọa độ hình, giữ chuột trái vẽ thành đường tròn hình 4a > Nhập bán kính đường tròn vừa vẽ 10 vào ô phía trái hình 4b > xong, nhấn dấu tick () hộp thoại Circle bên trái hình > chọn Sketch phần đầu bên trái Command Manager để thoát lệnh vẽ hình làm việc ta hình tròn (1) (2) nằm hai mặt phẳng vuông góc hình 5b Theo toán học, ta cho hình tròn (1) quét xung quanh hình tròn (2) ta hình cầu iii/ Nhấp chuột trái chọn Features phía Command Manager > Chọn Swept Boss/Base Command Manage > Chọn rìa vòng tròn (1) hình 5b > 66 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số (10) – 2013 Chọn tiếp vào ô hộp thoại Sweep hình 6a > Tiếp theo nhấp chọn vòng tròn thứ (2) hình 5b > SolidWokrs vẽ hình cầu hình 6b > Nhấp chọn dấu tick () hộp thoại Sweep kết thúc lệnh vẽ hình cầu ii/ Nhấn chuột trái chọn Sketch Feature Manager Design tree phía trái hình 8a > Chọn Features phía Command Manager > Chọn thẻ Extruded Boss/Base Command Manage > Nhập số 200 vào ô trống hình 8b > Chọn dấu tick () hộp thoại Extrude hình 8b để kết thúc lệnh vẽ dây treo lắc Nếu ta giữ chuột kéo để xoay hình làm việc ta lắc hình 8c Bước 2: Vẽ dây treo cho lắc i/ Nhấp chuột trái chọn Top Plane Feature Manager Design tree phía trái hình > Chọn dấu mũi tên (Normal To) công cụ Standard View, hình làm việc xoay góc 900 > Chọn Sketch phần đầu trái Command Manager > Chọn biểu tượng hình tròn ( ) Command Manager > Con trỏ chuột trở thành viết > Ta để mũi viết vào tâm hình cầu, giữ chuột trái vẽ thành đường tròn nhỏ phía hình cầu hình 7a > Nhập bán kính đường tròn vừa vẽ vào ô phía trái hình 7b > xong, nhấn dấu tick () hộp thoại Circle bên trái hình > Chọn Sketch phía đầu trái Command Manager để thoát lệnh vẽ 67 Journal of Thu Dau Mot University, No (10) – 2013 Bước 3: Vẽ vòng treo lắc Chọn Features phía Vòng treo hình tròn bán Command Manager > Chọn Extruded Boss/Base Command Manager > kính 3mm, bán kính mm, Ở hộp thoại Extruded phía trái hình, chiều dày 4mm nhập số vào ô trống phần Direction 1, i/ Nhấp chuột trái chọn Top Plane nhập tiếp số vào ô trống phần Feature Manager Design tree phía Direction hình 9b > Chọn dấu tick trái hình > Chọn dấu mũi tên (Normal () hộp thoại Extruded để kết thúc To) công cụ Standard Views, lệnh vẽ hình làm việc xoay để lắc iii/ Theo cách vẽ lỗ vòng treo nằm thẳng đứng (có thể chọn Normal To đoạn dây treo dư hình 9c Ta nhiều lần đến lắc nằm thẳng đứng cắt bỏ đoạn dư sau: thôi) > Chọn Sketch phần đầu bên trái Command Manager > Chọn Chọn mặt phẳng hình 10a < biểu tượng hình tròn Command Chọn dấu mũi tên (Normal To) Manager > Con trỏ chuột trở thành công cụ Standard Views > Màn hình làm viết > Ta để mũi viết vào tâm đầu dây việc xoay để lắc nằm mặt treo, vẽ hình tròn bán kính phẳng (có thể lăn chuột để phóng to/ hình 9a (có thể lăn chuột để phóng to/ thu nhỏ hình vẽ) > Chọn Sketch đầu bên thu nhỏ hình cho dễ vẽ) Xong, nhấn dấu trái Command Manager > Chọn tick () hộp thoại Circle bên trái biểu tượng hình tròn Command hình để kết thúc lệnh vẽ hình tròn > Chọn Manager > Con trỏ chuột trở thành Sketch phần đầu bên trái viết > Ta để mũi viết vào tâm đầu dây Command Manager để thoát lệnh vẽ treo, vẽ hình tròn bán kính hình 10b, xong nhấn dấu tick () hộp thoại Circle bên trái hình > Chọn Sketch phần Command Manager để thoát lệnh vẽ iiii/ Chọn Sketch Feature Manager Design tree phía trái hình > ii/ Chọn Sketch Feature Chọn Features phía Manager Design tree phía trái hình > Command Manager > Chọn Extruded Cut 68 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số (10) – 2013 Command Manage > Ở hộp thoại Command Manager > Con trỏ Extrude phía trái hình, chọn Through chuột trở thành viết > Ta để mũi All cuộn Blind hình 11a > viết vào gốc tọa độ hình, giữ Chọn dấu tick () hộp thoại Extrude chuột trái kéo thành đường tròn > để thực lệnh cắt bỏ phần dây dư Nhập bán kính đường tròn vừa vẽ vào vòng treo Kết hình 11b ô phía trái trình bày phần trước, xong nhấn dấu tick () hộp thoại Circle bên trái hình > Chọn Sketch phía bên trái Command Manager để thoát lệnh vẽ iiiii/ Ta cần tô màu để hình vẽ sinh động Muốn tô màu phận ta nhấp chuột trái vào phận Nhấp ii/ Chọn Sketch Feature chuột trái vào dây treo lắc > Manager Design tree phía trái hình > SolidWorks mở hộp thoại nhỏ > Chọn Chọn Features phía Appearance (nút hình cầu) hộp thoại Command > Chọn tiếp Extrude hình 12a > Bên trái hình xuất Manager > Chọn Extruded Boss/Base Command Manager > bảng Ở thoại Extrude phía trái hình, nhập Appearace > Kéo cuộn xuống dưới, ta số vào ô trống hình 13a > Chọn dấu chọn màu tô phù hợp hình 12b > Chọn tick () hộp thoại Extrude để kết thúc dấu tick () bảng Appearace để thực lệnh Kết quả, ta khối trụ bán kính lệnh tô màu cho dây treo Tương tự mm, dài mm hình 13b vậy, ta tô màu hết cho toàn chi tiết vẽ Tới ta vẽ xong lắc, dây treo vòng treo Ta lưu vẽ vào máy tính Ví dụ, ta lưu vào thư mục D/con lac don 2.3 Vẽ chốt treo cố đònh lắc đơn Lặp lại cách chuẩn bò vẽ trình bày mục 2.1 i/ Từ hình sẵn sàng vẽ trình bày mục a, ta chọn biểu tượng hình tròn 69 Journal of Thu Dau Mot University, No (10) – 2013 iii/ Chọn mặt phẳng hình 14a < Boss/Base Command Manager Ở Chọn dấu mũi tên (Normal To) hộp thoại Extrude phía trái hình, công cụ Standard Views > Màn hình làm nhập số vào ô trống hình 15a Chọn việc xoay mặt phẳng (có thể dấu tick () hộp thoại Extrude để kết lăn chuột để phóng to / thu nhỏ hình thúc lệnh vẽ khối trụ bậc, ta tô màu trụ vẽ) > Chọn nút Sketch phần bậc hình 15b Command Manager > Chọn biểu Lắp ghép lắc đơn Ta cần lắp lắc đơn vào chốt treo cố đònh Bước 1: Mở file lắp ghép i/ File > New > Xuất bảng New SolidWorks Document hình 16a ii/ Chọn Assembly > OK > Xuất hình làm việc mới, bên trái hình có hộp thoại Begin Assembly hình 16b Trong hộp thoại hình 16b, ta thấy có tên file “chot treo co dinh” “con lac” tượng hình tròn Command Manager > Con trỏ chuột trở thành viết > Ta để mũi viết vào tâm hình tròn khối trụ, vẽ hình tròn bán kính hình 14b, xong nhấn dấu tick () hộp thoại Circle bên trái hình > Chọn Sketch phần Command Manager để thoát lệnh vẽ Hình 16 Bước 2: Đưa chi tiết hình Làm tương tự chi tiết “con lac”, ta hình 17 iiii/ Chọn Sketch Feature Manager Design tree phía trái hình > Chọn Feature phía Command Manager > Chọn Extruded 70 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số (10) – 2013 Bước 3: Thực lắp ghép lệnh làm cho mặt trụ (1) mặt i/ Chọn nút Mate Command trụ (2) đồng tâm hình 18d Manager, phía trái hình xuất hộp ii/ Chọn mặt (3) mặt (4) hình thoại Mate hình 18a > Chọn mặt trụ (1) 19a, lập tức, SolidWorks thực lệnh chi tiết “chot treo co dinh”, mặt trụ làm cho mặt (3) mặt (4) ép sát vào biến thành màu xanh hình 18b Tiếp hình 19b Kết cuối bước theo, chọn mặt trụ (2) chi tiết “con ta lắc đơn đầy đủ phận lac” hình 18c, SolidWorks thực hình 19c Mô chuyển động cho lắc đơn động (ký hiệu ĐC) hình 20a > Xuất tiếp bên trái hình hộp thoại Motor hình 20b i/ Lăn chuột cho toàn lắc đơn nằm vào hình để dễ quan iii/ Lăn chuột phóng to chi tiết lắc sát đơn, nhấp chuột trái chọn mặt trụ (1) hình 20c, có dấu mũi tên cong màu đỏ ii/ Nhấp chuột trái chọn lệnh New Motion Study Command iiii/ Ở hộp thoại Motor, nhấp chuột trái Manager > Phía hình xuất vào cuộn Constant Speed > Chọn thẻ bảng Animation dài hết Oscillating, nhập giá trò vào hai ô trống hình 20a > Nhấp chuột trái vào biểu tượng phía hình 20d (điều cho biết 71 Journal of Thu Dau Mot University, No (10) – 2013 ta thiết lập cho lắc đơn dao động với nhấp chuột trái chọn dấu tick () hộp biên độ góc 100, tần số 0,5 Hz Xong, thoại Motor để kết thúc lệnh Hình 20 Để xem lại mô chuyển động này, ta nhấp chuột trái chọn nút Play hình 20a Lúc đó, hình lắc dao động sinh động Lưu file phim mô chuyển động cho lắc đơn Nhấp chuột trái chọn nút Save bảng Animation hình 20a > Xuất hộp thoại Save Animation to File > nhập số 20 vào ô Frames per second bắt đầu Đây file phim dễ sử dụng nhất, Đặt tên file cần lưu vào ô Save in > mở Windows media có sẵn Nhấp chọn nút Save, xuất tiếp hộp thoại Video Compression > Thiết lập giá trò hình 21 > Nhấp OK Như vậy, ta có phim mô dao Quá trình lưu phim dạng có đuôi (*.avi) Windows động lắc đơn 72 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số (10) – 2013 Kết luận không gian, giúp cho giáo viên làm phim sinh động, phục vụ đắc lực soạn Sử dụng phần mềm đồ họa SolidWorks giảng trình chiếu PowerPoint 2009 để vẽ, lắp ghép dựng phim mô giảng dạy chuyển động vật thể * USING SOLIWORKS TO MAKE MONTAGE THAT STIMULATES MOVING OBJECTS Ngo Bao Thu Dau Mot University ABSTRACT This paper presents a montage that simulates moving objects It uses SolidWorks 2009 software for drawing graphic objects and 3-dimensional (3D) objects., The software is also used to assemble objects into one multifunction system and make a montage with moving objects suitable for teaching physics, chemistry and engineering To illustrate this, the author shows how to create a video simulating the swing of the pendulum TAØI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hữu (2009), Hướng dẫn sử dụng SolidWorks 2009, NXB Giao thông Vận tải [2] SolidWorks 2009, Getting started [3] Nguyễn Trọng Hữu (2007), Mô động học Solidworks, NXB Hồng Đức [4] R.C Hibbeler (1989), Engineering Mechanics, Macmillan Publishing Company, Inc, New York [5] Nguyễn Văn Đạo (2001), Cơ học giải tích, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 73 ... sinh động, phục vụ đắc lực soạn Sử dụng phần mềm đồ họa SolidWorks giảng trình chiếu PowerPoint 2009 để vẽ, lắp ghép dựng phim mô giảng dạy chuyển động vật theå * USING SOLIWORKS TO MAKE MONTAGE... vậy, ta có phim mô dao Quá trình lưu phim dạng có đuôi (*.avi) Windows động lắc đơn 72 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số (10) – 2013 Keát luận không gian, giúp cho giáo viên làm phim sinh động, phục... chuyển động này, ta nhấp chuột trái chọn nút Play hình 20a Lúc đó, hình lắc dao động sinh động Lưu file phim mô chuyển động cho lắc đơn Nhấp chuột trái chọn nút Save bảng Animation hình 20a > Xuất