画法几何和工程制图概述

1.1　画法几何和工程制图概述

1.1.1　画法几何

画法几何是人类根据生产实践的需要而产生和发展的科学理论。但在其形成为一套完整的科学体系以前，画法几何的方法和规则早已根据实践的需要而应用于技术和艺术等各个领域之中。在古代，为满足丈量田亩、兴修水利和航海等的需要，产生了量度几何。根据我国古代文献的记载，古人从传说中的禹时代就已经开展了大规模的治水工程，以利于农业生产。在治水工程中，必先探测地形、水路，古人在不可能十分完整地了解、使用文字或语言和清晰地描述地形等空间对象的情况下，提出了许多有关在平面上表示空间物体的几何问题。人们经过长期努力，逐渐摸索出一些解决问题的方法，地形图的绘制技术因此而逐步发展起来。

营造技术在我国也是发展最早的科学之一。自周代以来，就有很多关于建筑的记载。其中完整无遗地保留至今的是宋代李诫(字明仲，1035—1110)于公元1100年著成的《营造法式》一书。这部著作完整地总结了2000多年间我国在建筑技术上的伟大成就。全书共36卷，其中6卷为图册，所列图样大都是正确地按正投影的规则绘制的，还有很多图样已完全脱离了艺术画的范畴，而用轴测画法来表达。

此外，在其他技术书籍中也可看到很多图样。例如明代宋应星(1587—1661)所著的《天工开物》一书中就有大量插图，其中很多图样与现在的轴测投影相差不多，有的还适当地运用了阴影。

直到1795年，法国著名科学家加斯帕尔·蒙日(Gaspard Monge，1746—1818)发表了著名的《画法几何》论著，所论述的画法是以相互垂直的两个平面作为投影面的正投影法。这个方法保证了物体在平面上的图像明显、正确，且便于度量。蒙日的著作对世界各国科学技术的发展产生了巨大的影响。而在以后的一两百年中，许多学者和工程技术人员对工程制图的理论和方法做了大量的研究工作，使之不断发展和完善。

“画法几何”这一中文名称是由我国著名物理学家萨本栋(1902—1949)和著名教育家蔡元培(1848—1940)大约在1920年翻译定名的。

在我国社会主义现代化建设中，画法几何在国民经济建设和智力资源开发等方面起着重要的作用。为了适应科学技术的发展，必须把解析几何的数解法与画法几何的图解法有机地结合起来，使空间几何问题的解决得以从手工绘图转变为计算机绘图和图形显示，并实现对本课程的计算机辅助教学。这些发展和转变都对画法几何的教学及其应用产生了深远的影响。

1.1.2　工程制图

图形和文字、数字一样，是人类用来表达、交流思想和分析事物的基本工具之一，也是人类的一种信息载体。图样的发展源于图画，它和其他科学技术一样，是在社会生产实践中不断发展和完善起来的。从大量的史料来看，早期的工程图样比较多的是与建筑工程联系在一起的，而后才反映到器械制造等其他方面。

我国早在2000多年以前就已有了工程图样。一些历史记载可以证明这一点。例如，唐高祖李渊(566—635)命欧阳询(557—641)等所辑的《艺文类聚》卷三十二引“说苑”中云：“(战国时)齐王起九重之台，募国中能画者……有敬君者……画台。”又如东汉班固(32—92)所撰《汉书》卷二十五“郊祀志”中有：“上欲治明堂奉高(今山东泰安)旁，未晓其制度，济南人公玉带上黄帝时明堂图……于是上令奉高作明堂汶上如带图。”可惜这些图样未能流传到现在。1977年冬在河北省平山县战国时期中山王墓中出土的一件铜制建筑规划平面图，是现存世界上最早的完整工程图。该图用金银线镶嵌在一块长94cm、宽48cm、厚1cm的铜板上，比例为1︰500，有文字标明尺寸。该图是用正投影法制作的，距今已有2200多年了。

李诫的《营造法式》一书是世界上刊印最早的建筑工程巨著。该书总结了中国宋代以前历史上建筑技术和艺术的成就，详尽地阐述了营造技术、建筑标准、制图规范、材料规格等。这说明，远在900多年前我国的营造技术和工程制图已发展到相当高的水平。

此外，宋代天文学家、药学家苏颂(1020—1101)所著的《新仪象法要》、元代农学家王桢(184—268)撰写的《农书》、明代科学家宋应星所著的《天工开物》等书上都有大量为制造仪器和工农业生产所需的器具和设备的插图。其中既有表明作用状况的组合图，又有拆开后分别画出的部件图和零件图。

法国科学家蒙日把三维关系用二维图形表现出来，这无疑是对历史的贡献。从传统的产品设计和生产过程来看，设计人员首先将大脑中构思的产品三维结构影像用二维视图绘成工程图，然后交付制造部门按图生产。以画法几何为基础的工程图学在工程与科学技术领域里提供了可靠的理论工具和解决问题的有效手段，它使工程图的表达与绘制高度规范化和唯一化，成为工程技术界同行进行技术交流时的通用“语言”之一。

工程制图即以简明、合理的表达方法来绘制工程图样。长期以来，工程图主要采用二维视图辅以剖视、截面等方法来表达工程对象的结构形状；而富有直观感的立体图(轴测图和透视图等)，由于作图非常复杂和麻烦，而不得不被传统的工程图所放弃。

随着图学理论和制图技术的发展，绘图工具从三角板、圆规、丁字尺发展到机械式绘图机。这些手工绘图工具虽然至今仍在使用，但把计算机技术及其成果引入工程图学后，图样管理实现了生产管理模式的现代化，计算机作为绘图工具来生成各种视图直至工程图样的工作效率，是人工难以与之相比的。在计算机绘图基础上发展起来的计算机辅助设计，得到了广泛的应用，已成为教学、科研、生产和管理等部门的一种十分有用的工具。因此，图样不但是“工程界的技术语言”，而且也是进行科学研究和解决工程技术问题的有力手段。