計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)犀牛軟件課程教學(xué)探析

錢真卿 邵梅芳

摘要：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)屬于信息技術(shù)的數(shù)字化、可視化的建設(shè)方法。犀牛軟件Rhinoceros作為一款功能強(qiáng)大、易學(xué)精確的三維建模軟件，已成為職業(yè)院校計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)軟件教學(xué)基礎(chǔ)課程內(nèi)容，但在實(shí)際教學(xué)中也存在一些常見問題，需從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)應(yīng)用等方面進(jìn)行進(jìn)一步探索，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使其掌握軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和具備初步實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生開展獨(dú)立性思考和主動(dòng)性實(shí)踐，培養(yǎng)全局和開放性創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)；犀牛軟件；課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.107

工業(yè)設(shè)計(jì)是在科學(xué)、藝術(shù)、美學(xué)與技術(shù)相互滲透交叉的過程中形成的，以機(jī)械化方式生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品為研究對(duì)象的新興綜合學(xué)科。隨著信息時(shí)代的到來，隨著對(duì)產(chǎn)品的可靠性、時(shí)效性、多樣化、個(gè)性化等瞬息萬變的市場(chǎng)需求，計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)CAID應(yīng)運(yùn)而生。

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)CAID，即在計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的支持下，進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各類創(chuàng)造性活動(dòng)。它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱的信息時(shí)代環(huán)境下的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)相比，CAID在設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率等各方面都發(fā)生了質(zhì)的變化。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)CAID主要包括數(shù)字化建模、數(shù)字化裝配、數(shù)字化評(píng)價(jià)、數(shù)字化制造以及數(shù)字化信息交換等方面內(nèi)容，而CAID的數(shù)字化建模，實(shí)際上就是設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。工業(yè)設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用涉及的主要有設(shè)計(jì)構(gòu)思、確定方案、設(shè)計(jì)制圖、優(yōu)化效果、模型制作等方面。在早期的計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中，有草圖類軟件如Painter、Artrage，平面類軟件如Photoshop、CoreIDRAW等，都可被定義為CAID，但隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，這些平面2D輔助工業(yè)設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)被逐漸排除在CAID范疇之外。在工業(yè)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了各種各具特點(diǎn)的三維建模設(shè)計(jì)軟件，如3dsmax、Rhinoceros、Cinema4D、Maya等，這些三維建模軟件各具自身特色，比如，Maya側(cè)重動(dòng)畫、3dsmax側(cè)重建筑和環(huán)節(jié)、Cinema4D側(cè)重影視，而Rhinoceros犀牛軟件則側(cè)重產(chǎn)品。

1犀牛軟件概述

犀牛軟件（Rhinoceros，簡(jiǎn)稱Rhino）是由美國Robert McNeel＆ Associates軟件公司所開發(fā)的產(chǎn)品，是一款專業(yè)、功能強(qiáng)大但又非常小巧的3D造型軟件，大小僅100M左右，對(duì)硬件要求很低。剛開始犀牛軟件在國內(nèi)少人問津，后隨著中國作為制造業(yè)大國的崛起和發(fā)展，這款可以滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)情境、設(shè)計(jì)知識(shí)盡情完美發(fā)揮的建模設(shè)計(jì)軟件得以被關(guān)注、認(rèn)識(shí)、重用和喜愛，目前已成為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的第一軟件，被廣泛應(yīng)用于建筑、家居、三維動(dòng)畫制作、機(jī)械設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域。

犀牛軟件是一款基于NURBS為主的最先進(jìn)的三維建模軟件，主要采用了NURBS自由曲面的建模技術(shù)和特征實(shí)體建模的操作模式。在Rhino的官方網(wǎng)站中提到：“Rhino的實(shí)體可以炸開為自由曲面，經(jīng)過編輯后再結(jié)合為實(shí)體?？梢岳孟嘟磺鏋檫吔鐏順?gòu)建實(shí)體模型，并且具有剪切任意曲線、曲面和實(shí)體之組合物體的超強(qiáng)能力”。犀牛軟件可以對(duì)曲線、曲面、實(shí)體進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)建、編輯分析、記錄渲染、制作轉(zhuǎn)換等全套建模設(shè)計(jì)，其擁有簡(jiǎn)潔的操作界面、較低的硬件配置要求和非常強(qiáng)大的插件功能，兼容性好，建模非常流暢，在曲線和復(fù)雜曲面的制作上表現(xiàn)十分優(yōu)異。作為一款三維建模設(shè)計(jì)軟件，犀牛軟件以其獨(dú)特而強(qiáng)大的功能，成為中高職乃至普通高校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)中一款計(jì)算機(jī)輔助三維建模軟件教學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)軟件。

2現(xiàn)階段犀牛軟件教學(xué)中存在的問題

2.1重技術(shù)輕理論，部分學(xué)生基礎(chǔ)命令概念混淆

犀牛軟件作為一門計(jì)算機(jī)輔助三維建模設(shè)計(jì)軟件，其基本建模命令由點(diǎn)、線、面、體四類組成，常用命令多達(dá)六十二個(gè)，故在日常課程教學(xué)中，教師應(yīng)避免進(jìn)入直接傳授軟件技術(shù)而理論教學(xué)簡(jiǎn)單化的誤區(qū)。一般對(duì)于軟件課程，教師在教學(xué)模式上更注重實(shí)踐，會(huì)一上來就直接講授軟件工具操作，但由于犀牛軟件涉及點(diǎn)、線、面、體的基本建模命令眾多，且有些學(xué)生在日常課程學(xué)習(xí)中，沒有養(yǎng)成記錄課堂筆記的習(xí)慣和方法技巧，特別是一些基礎(chǔ)命令的使用和操作記錄，容易導(dǎo)致因概念模糊混淆而在實(shí)際曲線、曲面、實(shí)體設(shè)計(jì)操作和建模時(shí)，感到無從下手，一籌莫展。

2.2學(xué)習(xí)能力和未來規(guī)劃不足，導(dǎo)致學(xué)習(xí)動(dòng)力缺乏

按照既定式教學(xué)計(jì)劃，每周十幾個(gè)課時(shí)的階段性學(xué)習(xí)，需要學(xué)生溫故而知新，但對(duì)于自主學(xué)習(xí)和自制能力差的學(xué)生，由于缺乏課堂理論知識(shí)的復(fù)習(xí)，缺乏上機(jī)實(shí)踐操作設(shè)計(jì)的熱情和練習(xí)，等下周再上課時(shí)，上周的學(xué)習(xí)內(nèi)容已基本遺忘；也有的學(xué)生對(duì)自己的未來發(fā)展就業(yè)無明確方向或規(guī)劃不同，加之對(duì)諸多基礎(chǔ)建模命令學(xué)習(xí)的畏難情緒，故導(dǎo)致學(xué)習(xí)動(dòng)力缺乏，對(duì)軟件課程無興趣。

2.3學(xué)習(xí)成效不一，未形成全局性建模思維

在學(xué)習(xí)操作犀牛軟件命令的過程中，有些學(xué)生看教師講解或演示一遍操作命令便能理解掌握，而有些學(xué)生因注意力不集中或缺乏有效的學(xué)習(xí)方法，需要教師反復(fù)講解演示或者單獨(dú)指導(dǎo)方能掌握，呈現(xiàn)出部分學(xué)生跟進(jìn)教學(xué)步伐以及學(xué)習(xí)效率上的較大差異，影響了軟件教學(xué)的進(jìn)度與和課程既定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

與此同時(shí)，犀牛軟件命令較多，完成曲線、曲面、實(shí)體，完成一個(gè)產(chǎn)品編輯、組合、建模需要涉及很多個(gè)點(diǎn)、線、面、體的基礎(chǔ)命令，課程中的一些練習(xí)若只針對(duì)或側(cè)重于某一部分的命令，學(xué)生就可能沒有意識(shí)到點(diǎn)線的最終目的是閉合曲面和建模實(shí)體，無法形成合理性、全局性的建模思維。

3犀牛軟件實(shí)踐教學(xué)探索

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)犀牛軟件教學(xué)課程，作為面向職業(yè)院校設(shè)計(jì)類學(xué)生的一門軟件專業(yè)基礎(chǔ)課，根據(jù)課程教材和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，進(jìn)行犀牛軟件Rhinoceros的教學(xué)探索和實(shí)踐，旨在通過課程軟件教學(xué)，使學(xué)生掌握軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，具備運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制和掌握運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的初步實(shí)踐能力。在理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)中，激發(fā)學(xué)生開展獨(dú)立性思考和主動(dòng)性實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生全局布構(gòu)和開放性設(shè)計(jì)創(chuàng)新思維。

3.1注重教案及PPT課件理論教學(xué)，拆分理解打基礎(chǔ)

在犀牛軟件授課過程中，除了講授軟件工具操作，側(cè)重實(shí)際講解及動(dòng)手操作外，還應(yīng)重視教案、講義、PPT課件在授課過程中的必要性，避免在有限的課堂教學(xué)時(shí)間里，學(xué)生反復(fù)提問基礎(chǔ)命令和操作步驟，教師進(jìn)行重復(fù)式講解和演示。教師可以利用PPT課件、教案手冊(cè)等所展示的理論概念、創(chuàng)作理念和實(shí)踐操作步驟，使學(xué)生系統(tǒng)地了解課程內(nèi)容、命令要義和步驟規(guī)范，同時(shí)在課后練習(xí)操作時(shí)做到有案可查、有章可循。

在教學(xué)過程中，教師可以運(yùn)用多樣化教學(xué)手段，在對(duì)重要點(diǎn)、線、面、體命令的講解釋疑后，再從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合典型的實(shí)體操作演示，將枯燥生澀的命令生動(dòng)形象地表達(dá)出來，使之先前無味的理論概念鮮活起來，加深學(xué)生印象，激發(fā)學(xué)生興趣。同時(shí)，由老師提出針對(duì)性的設(shè)計(jì)問題，讓學(xué)生以已接收和掌握的知識(shí)思考解決，可以以答疑、討論、課后自學(xué)、提交報(bào)告等形式，使學(xué)生牢固整合現(xiàn)有知識(shí)，深刻操作記憶，深刻明白為何要在造型設(shè)計(jì)、建模步驟中如此“分面”“銜接”，使之循序漸進(jìn)，融會(huì)貫通。

3.2精選教學(xué)內(nèi)容和案例，解構(gòu)分析重實(shí)踐

精心遴選具有典型性、專業(yè)代表性且學(xué)生比較熟悉的、比較直觀的模型案例，由簡(jiǎn)至繁，通過對(duì)模型案例的解構(gòu)講解，加深學(xué)生對(duì)各基礎(chǔ)命令應(yīng)用操作的認(rèn)知。在典型案例教學(xué)中，涵蓋重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，注重命令編輯，突出精妙的案例制作部分。通過大量的案例分析和操作，使學(xué)生在反復(fù)實(shí)踐練習(xí)中理解、掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，掌握命令要義，并能熟練操作點(diǎn)、線、面、體等常用命令。

采用靈活多變的多元化教學(xué)模式。例如，前期可以要求學(xué)生手繪涵蓋基本常用命令的實(shí)物簡(jiǎn)易模型圖。在教學(xué)中，用手繪圖形設(shè)計(jì)可以防止學(xué)生只依賴于計(jì)算機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼接、排版操作，手繪與計(jì)算機(jī)的結(jié)合可以使學(xué)生不斷構(gòu)思新的產(chǎn)品立意，不斷推敲產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生綜合考慮建模時(shí)的難易程度和需注意的節(jié)點(diǎn)，逐步樹立局部到整體貫穿統(tǒng)一的多位多維思考模式；另外，設(shè)置實(shí)踐任務(wù)，采用分組方式，完成手繪作品的解構(gòu)、討論，開展建模操作。各組通過建模理念、組織策略、模型效果的展示與講解，開展建模綜合分析、模型創(chuàng)新完善、鑒定評(píng)優(yōu)。通過前期案例認(rèn)知和后期任務(wù)實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生感性創(chuàng)造思維和理性設(shè)計(jì)創(chuàng)作的綜合應(yīng)用水平。在教學(xué)理論和實(shí)踐中，產(chǎn)生興趣投射，引領(lǐng)學(xué)生在今后學(xué)習(xí)中開展獨(dú)立性思考和主動(dòng)性探索實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的交流能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

3.3制定合理教學(xué)目標(biāo)，探索應(yīng)用拓思維

在軟件教學(xué)中，對(duì)單個(gè)命令的逐一學(xué)習(xí)，雖簡(jiǎn)單但很繁瑣，教師可以由淺入深，依據(jù)課程教材，同時(shí)考慮到學(xué)生來自不同的地區(qū)，以前有著對(duì)計(jì)算機(jī)不一樣的認(rèn)知和實(shí)踐，需要分類教學(xué)、因材施教。根據(jù)產(chǎn)品不同的設(shè)計(jì)建模要求，制定出合乎軟件課程教學(xué)和該班學(xué)生實(shí)際情況的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)定的目標(biāo)不能過高，也不能過低，應(yīng)保持在適合大部分學(xué)生接受能力的水平范圍。

犀牛軟件與其他三維建模軟件區(qū)別在于，它獨(dú)辟蹊徑地建立了專門的二維窗口，默認(rèn)其二維建模的窗口和透視窗口是結(jié)合在一起的，能夠服務(wù)于三維建模。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)首先消除學(xué)生對(duì)于三維建模軟件的畏懼感，通過構(gòu)建辨識(shí)度高的產(chǎn)品記憶點(diǎn)、解構(gòu)重組產(chǎn)品，逐步引發(fā)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的好奇心，集中注意力，驅(qū)動(dòng)自主學(xué)習(xí)；其次，通過運(yùn)用犀牛軟件自由切換不同的視圖，通過選用線框模式、著色模式、渲染模式、藝術(shù)風(fēng)格模式、半透明模式等多個(gè)常用的格式，使學(xué)生觀察產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，獲得想要的預(yù)覽效果。在實(shí)際運(yùn)用中，嘗試在犀牛軟件中安裝渲染插件，目前通常使用的渲染插件有VRay和KeyShot，這是很受歡迎的兩款渲染插件。其中KeyShot的即時(shí)渲染模式，無需復(fù)雜的設(shè)定即可產(chǎn)生與相片一樣真實(shí)的3D渲染影像。所見即所得，非常直觀、便捷。安裝渲染插件，能使學(xué)生制作的模型獲得最佳的渲染效果，使學(xué)生在一個(gè)個(gè)小的成果中產(chǎn)生成就感，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生求知欲和探索欲，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)分析能力。在理論設(shè)計(jì)、實(shí)踐操作中，逐步培養(yǎng)學(xué)生的建模全局思維和開放型創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。

4結(jié)語

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)CAID，屬于信息技術(shù)的數(shù)字化，可視化的建設(shè)方法。CAID是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，將工業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)字化、信息化，最終達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的目的，信息化時(shí)代下計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)是一種非常先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念。犀牛軟件Rhino作為一款功能強(qiáng)大、易學(xué)精確的三維建模軟件。從一個(gè)簡(jiǎn)單的想法構(gòu)思到設(shè)計(jì)稿，直至實(shí)際產(chǎn)品，都可以精確制作出所有圖紙、立體動(dòng)畫和模型。

在計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)犀牛軟件的課程教學(xué)上，應(yīng)堅(jiān)持理論知識(shí)傳授和學(xué)生自主實(shí)踐相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式、研討式多元化教學(xué)，大量的實(shí)踐練習(xí)由淺入深，因材施教。使學(xué)生通過熟練運(yùn)用各種命令和特效工具，通過分割與合并，通過對(duì)多個(gè)參數(shù)和控制點(diǎn)的調(diào)節(jié)把握，看到平時(shí)難以想到或看到的現(xiàn)象，豐富立體思維，使學(xué)生受到啟發(fā)、獲得靈感，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生建立設(shè)計(jì)全局性觀念和創(chuàng)新理念，把設(shè)計(jì)宗旨和含義包容于設(shè)計(jì)內(nèi)容之中，更形象、更充分地傳達(dá)和體現(xiàn)產(chǎn)品理念和創(chuàng)意，制作出更多真實(shí)美感的產(chǎn)品模型。

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作者簡(jiǎn)介：錢真卿（1996-），男，浙江嘉興人，嘉興秀水經(jīng)濟(jì)信息專修學(xué)院教師，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)；邵梅芳（1970-），女，浙江嘉興人，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，人力資源經(jīng)濟(jì)師，研究方向：人力資源管理、教育心理學(xué)。