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(一)利于全面預計和考察教學結果
從本質上來講,音樂教學三維目標的設置,完全是為了讓學生更好的學習音樂而設定的,并非是教師個人意見的體現。在目前的實踐過程中,音樂教學三維目標,主要是從音樂教學目標方面,實現形態角度構成的整體結構的轉變,這種轉變的最大益處在于,利于全面預計和考察教學效果。以往的音樂教學,并沒有刻意的實現上述的轉變,因此教師往往在最終的考試當中,才能了解到教學上的缺失或者是學生學習當中的阻力。但由于已經臨近學習階段的終點,因此即便發現問題也沒有辦法較好的解決。通過體驗目標、內容目標、過程目標的實踐,能夠在不同階段,實現對學生的學習成果預測,并且在各個階段完成后,實施針對性的考察,這對教師和學生而言,都留有一定的改善空間,能夠在后續的教學工作中,及時改正錯誤,實現學生成績的穩步提升。
(二)利于教學設計和評價從教學雙方入手
現代教育理論認為,灌輸式教學和單純的講解,已經不再適應我國的學生,且會對學生的發展造成較為嚴重的影響。在音樂教學中,灌輸式教學是絕對不能應用的,因為音樂注重雙方的溝通和理解,而不是生拉硬套的教學。從音樂三維目標的實踐來分析,不僅體現了音樂教學的雙重性,同時在長久的實施后,有利于教學設計和評價從教學雙方入手。第一,音樂教學是教育和學習的結合,師生必須在教學過程中,加強理解和溝通,及時的消除矛盾,以的態度,實現音樂教學的共同進步。第二,從雙方入手,意味著每一節音樂課程,都要從學生的角度出發,教師應充分發揮多年的教學經驗和一些有效的教學手段,以此來達到高效的教學成果。值得注意的是,不同階段的不同音樂課程,教師必須把握好教育和學習所占的比例,否則很容易造成音樂教學三維目標的不和諧。
在數學教學中確定合理的三維目標,目標過高過低都不利于學生的數學學習.設置合理的三維目標,要結合高中數學的新課程標準、教學內容和學生的實際能力.例如,在講“集合的含義及其表示”時,我按照新課標要求,設置了本節課的三維目標:知識與技能目標———通過分析實例,領會集合的概念并掌握集合元素的性質,識記常見數集的符號;過程與方法目標———學會用列舉法和描述法來表示集合;情感態度與價值觀目標———通過對集合語言的學習,體會形式化表達數學學習的重要性,培養學生學習數學的興趣,樹立學好數學的信心.
2.實現三維目標的整合
數學教學的三維目標一個整體,在教學中我們要注重整合數學教學的三維目標,促進學生學會數學知識與技能,使學生會運用的步驟和方法解答數學題目,樂意積極主動地進行數學學習.例如,在講“一元二次不等式”時,綜合知識與技能目標、過程與方法目標和情感態度與價值觀目標,我設置了本節課的教學目標:了解一元二次不等式、一元二次方程、二次函數之間的關系;學會將分式不等式、一元高次不等式轉化為二次不等式的方法;注重含參不等式的求解方法,注意二次項的系數是否會為0,掌握二次不等式在求函數定義域、值域和最值中的應用,掌握不等式恒成立問題,方程有解和不等式有解等問題的解決;通過先對對具體的一元二次進行討論,然后推廣到一般情形,使學生形成從特殊到一般的思想.
二、在教學環節踐行三維目標
1.備課
備課的好壞關系到教學的質量.在講課前,教師一定要從“課標、教材、學生、教法、教具”五個方面做好準備工作,自備課開始就踐行好數學教學的三維目標.例如,在講“抽樣方法”時,我這樣備課:(1)針對知識與技能目標:備課標———新課標要求,理解并運用簡單隨機抽樣、系統抽樣、分層抽樣;備教材———本節的重點是三種抽樣方法的概念、選擇和運用;難點是系統與分層抽樣的區別和運用;疑點是三種抽樣的實質與差別.(2)針對過程與方法、情感態度與價值觀:備學生和教法———基于學生初中時對抽樣的學習,以學生進行分組探究、共同解決課內范例和課后習題為主,自己的教學為輔,以合作形式充分調動學生學習數學的積極性;備教具———可利用多媒體為學生展示例題、習題的解題步驟,運用多媒體激發學生學習數學的興趣.
2.授課
在教學活動中,按照備課的內容和實際的教學情況,實施、調整數學教學的三維目標,以提高高中數學教學的質量,促進學生的數學學習.例如,在講“抽樣方法”時,按照備課時的準備,讓學生以合作探究的形式進行本節課的學習.但是,在讓學生解決課后習題時,我放棄了原定計劃的小組解決.我讓幾個不同水平的學生到黑板上來展示,到黑板上來展示解題過程,從而讓我及時了解學生存在的問題,及時彌補他們在知識與技能上的不足,同時也能增強學生的心理素質,讓他們不再因站在人前緊張.這樣做,在過程與方法上,讓學生在看其他同學解題的過程中,了解最合適的解題步驟和方法,從彼此身上取長補短,共同進步.
【關鍵詞】數字攝影測量技術;三維建模;數字城市
【Keywords】digital photogrammetry; 3D modeling; digital city
【中圖分類號】P232 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069(2017)04-0185-02
1 引言
城市化進程的加快促進了數字城市的建設與發展,人們逐漸加強對三維建模精確性與實效性的重視。三維建模為數字城市建設提供科學的數據基礎,具有很強的直觀性。
2 三維建模的構建方式
作為建設數字城市三維地理信息系統的關鍵,保證三維模型具有良好的精度,并且提高建模效率對于三維地理信息系統作用的發揮、保證建設周期具有重要意義。通常使用的建模方式包括如下幾種。
2.1 航空攝影測量
使用該技術,能夠創建立體環境,實現三維模型數據的位置、高度、形狀信息的快速與準確獲取。然后結合外業紋理采集與正射影響屋頂信息能夠進行精細三維模型的構建。完善的DEM與DOM數據生產技術路線能夠進行三維場景中地形數據的快速與準確重建,將城市風貌展現出來。
2.2 機載激光雷達掃描
使用該方式能夠實現城市建筑與地表模型的快速獲取,但是獲取到的數據量具有一定的規模性,提升了數據的處理難度,需要采取相對麻煩的人工措施才能將其中有益的信息提取出來。另外,該種方式的三維建模中不能將建筑物色彩與紋理呈現出來。[1]
2.3 使用二維資料
立足于建筑規劃的圖紙,提取其中的二維資料,使用合適的軟件如AutoCAD等進行三維模型數據的建立。該種方式進行數據收集時需要進行大量工作,并且不能保證數據具有時效性。另外,針對建筑物頂部存在的紋理盲區,也需要進行大量工作才能獲取高程數據。與機載激光雷達掃描方式一樣,不能將建筑物色彩與紋理呈現出來。
3 基于數字攝影測量技術的三維建模
3.1 基于數字攝影測量技術的三維建模優勢
獲取、處理與分發數據均為數字形式,并且能夠通過計算機實現攝影測量中全部流程;數字攝影測量技術能夠幫助設計人員進行目標建筑物的幾何空間與高程數據的快速構建,并且精度高、快速成像;地面建筑能夠實現達到cm級別的空間幾何精度,降低數據更新的難度,能夠在規模較大的工程項目中應用,能夠為建設數字城市與地球建立基礎的數據框架;相較于使用計算機制作動畫與景觀模擬,基于數字攝影測量技術的三維建模能夠在目標建筑物具有的實際地理坐標下進行真實三維景觀模型的構建[2]。在該種模型中,建筑物中各元素之間的空間相對位置與實際情況是一一對應的,并且能夠對其中的任意點測量三維坐標,能夠達到測繪要求的精度級別。
3.2 基于數字攝影測量技術的三維建模方式
論文將某數字城市的三維建模方式作為實際進行分析,該城市基于數字攝影測量技術的三維建模技術線路如圖1所示。
3.2.1 航空攝影測量
論文所舉的項目實例中使用DMC進行航空攝影,能夠取得相關影像資料,與實地比例為1∶5000,地面的分辨率為0.06m。使用航天遠景技術中的軟件對獲取的影像資料、外業像控資料進行空三加密處理,從而獲取三維建模中需要的外方位元素c加密點的具體坐標。
3.2.2 DEM的建立
DEM即為數字高程模型,是進行數字城市建設中不可或缺的信息之一。在該項目中使用航天遠景技術中的相關軟件在經過空三加密的數據基礎上進行立體模型的自動生成,并對相對與絕對定向精度進行檢查,生成5m格網的數字高程模型文件。按照作業指導手冊上相關規定在匹配窗口中編輯等視差曲線或者等高線,保證其中全部曲線與地面相貼緊,最后能夠生成數字高程模型,并檢查、處理其接邊。
3.2.3 DOM的生成
DOM即為數字正射影像圖。數字攝影測量技術能夠糾正、鑲嵌與裁切正射影像。將數字高程模型與數字正射影像圖進行疊加,能夠得出數字三維景觀。在該項目中,先對數字高程模型進行接邊處理,然后對其進行糾正,再使用航天遠景技術進行進一步的處理,再進行裁切。
3.2.4 TDOM的生產
TDOM即為真正射影像圖,屬于DOM中的一種。相較于普通的數字正射影像產品,在三維建模中使用的全部背景圖糾正了所有建筑物的中心投影,避免出現投影差。使用數字攝影測量技術,能夠實現立體環境下幾何特征的收集。在進行三維建模背景圖的制作中將攝影測量系統采集的關于建筑物的矢量數據作為數學基礎,通過該數據再次對正射影像的數據進行糾正,能夠將建筑物投影差消除[3]。
3.2.5城市真實三維景觀模型的構建
制作基礎模型。將建筑物的分類標準作為標準,采集平面幾何與高程數據,精度要求為平面幾何位置小于50cm,高程精度小于80cm。然后使用合適的軟件進行三維模型的生成;提取屋頂紋理。按照相關要求處理原始影像后,在功能合適的軟件幫助下匹配影像與基礎模型,保證精度的合格,然后軟件能夠對屋頂的紋理進行自動提??;采集外業紋理。按照相關規范要求,對一定范圍中全部的外業紋理進行采集。使用相機對所有建筑物的外部輪廓進行記錄;制作三維模型。在該項目的信息系統中,將三維模型分為地形、建筑、道路、植被、市政基礎設施等模型類型,從精度上分為精細與標準兩種級別的模型。在該項目中三維建模規模很大,要求建模具有較高的效率與質量較好的數據;整合城市的三維場景。使用相關工具軟件,優化與DOM、DEM與精細場景,能夠進行城市三維場景的整合[4]。
4 結語
論文通過使用項目實例對基于數字攝影測量技術的三維建模進行研究,證明該種建模方式具有很強的優勢。在使用該種技術的過程中,仍然存在很多亟待解決的問題,需要行業中人員進行持續探索。
【參考文獻】
【1】趙麗梅.基于數字攝影測量技術的三維建模方法探討――以數字沈陽三維建模為例[J].中國高新技術企業,2015(2):19-20.
在以前的地面地形測繪工作當中,主要是采用gps設備、人工攜帶全站儀等相關設備,對野外現有的測點信息進行采集,通過專業軟件處理之后生成地形圖,與新興的地形測繪技術相比,固有的測繪方法即使較為穩定,可是,測繪工作人員需面對一些比較危險的狀況、不容易達到邊坡的標準高度,在采集數據信息的時候所需時間也比較長,測繪工作人員工作強度大、特別容易有意外事故的發生。然而,三維激光掃描技術完全更改了以往的測繪工作方式,縮短了外業工作時間,有效的縮減測繪強度,使得測繪困難獲得顯著的降低,使得總體測繪質量得到有效的保障。
1 三維激光掃描技術概述
1.1三維激光掃描技術
地面地形測繪工作中,相繼GPS技術之后便迎來了三維激光掃描技術這場具有劃時代意義的技術性革新,該技術完全突破傳統的單一式測量,與以往傳統的GPS測量技術對比來看具有較高的測繪效果,并且能保證測繪數據的準確無誤,同時還能夠提供在物體外表之外的三維點云數據信息。所以,在日常的地面地形測繪工作當中可運用三維激光掃描技術來實現高精確度及高分辨率的準確測繪成果。按照基本測量原則將其劃分為:基于三角測距原理、基于脈沖式和基于相位差。遵循用途的不同將其劃分為室內外兩種,是從不同的長短距離原理入手進行的劃分。
1.2特征
進行三維快速掃描是三維激光掃描技術的獨特之處,而以往傳統的測量概念中得知,地形測繪所輸出的數據屬于二維數據。
隨掃描儀之后形成了快速掃描,通過快速掃描之后測量速度能夠高達1000點每秒,然而,通過一般的測繪技術會有2-5秒的浪費情況存在,而三維激光掃描技術的出現完全更克服上述的問題,促使測量工作效率及工作質量得到顯著的提升。
1.3工作原理
地面三維激光掃描技術在地形測繪中的運用,促使光得到有效的利用,實現目標外表點的三維坐標,以此可以較好的達到三維場景重建、提取地面詳細信息數據的目的。一般情況下,完整的三維激光掃描系統包含以下三方面內容:激光測距系統、高精度動態GPS差分定位系統(DGPS)和高精度動態載體姿態測量系統(INS)。首先是激光脈沖二極管把激光脈沖信號發射出去,在通過旋轉棱鏡射至目標物,可使用探測器把反射形成的激光脈沖信號進行信息數據的接收,而記錄器將全部的發展變化過程中的所有信號進行全部的記錄,將其轉換為有用的數據信息,作為測繪工作者則需學會對數據信息的認真識別,將信息軟件進行科學處理,從而進行實體模型的建立。
1.4數據信息的采集與處理
其中,在進行點云數據處理的過程當中,需要將點云數據反射強度與地面物體對激光的作用信息當做以后運用點云數據來創建三維模型的重要參考因素,其中,對于三維模型的創建質量也會遭受較大程度的作用及影響。
數據采集具體流程:現場勘查――相掃――精掃反射體――對目標區域的精掃――拍攝場景照片。
數據處理具體流程:(1)校準。對掃描儀坐標系與相機坐標系進行統一,因唯有將坐標系進行統一之后,才能夠使得地貼紋理的精準度得到保證;(2)噪點清除。在受到一系列不可抵抗要素或者來自測量設備等方面因素的影響,必然會有一些噪點的出現,這對于數據質量將會產生非常大的影響,為此,進行云數據操作之前,需完全清理掉不干凈的噪點;(3)點云拼接。針對坐標系實施統一的點云拼接基礎設施,可為工程精準性測量提供充分的技術支持,得出高準確度的數據信息。
2 通過地面三維激光掃描技術實現精細地形測繪
2.1野外數據的采集
對測繪周邊區域的環境進行全面的考察,做出測站數量、標靶及掃描儀的實際方位,最大限度上挑選比較少的測站,這樣才能夠使得原始數據量得到相應的縮減,促使測量范圍之內所使用的掃描得出完整的數據信息,與此同時,獲取紋理數據與點云數據,這對于今后數據的匹配處理有著很大的輔助作用,同時根據采樣進展情況來選擇不同的比例尺寸要求,采取逐站掃描的方式。
2.2相關數據的預處理
一般情況下,掃描點云數據是非常復雜的,通常是由不同的站點來最終獲得的數據信息,如果將相關數據統一在同一個坐標系上,那么就需要在將點云數據進行掃描之后進行科學的匹配,這對于今后定量化的淺析及模型的建立是非常有幫助的,并且在進行匹配方法的選用上也存在一定的差異性。在精準度較高的地理坐標前提下,能夠利用GPS供應各個掃描站點,這樣便能夠達到在固定的地理坐標體系下包含全部的點云數據信息,此種辦法可以得到非常精準的地理方位,便于今后的數據統計。
2.3地物的繪制與提取
可以運用三維激光掃描技術來對點云數據進行提取以及后期的相關處理,其中,在地物提取的時候可以從地物的具體特點入手,利用Gyclone軟件從點云視圖當中進行相關數據的提取,從而在文本文件當中進行對應格式的傳輸,同時也可以直接導入測繪圖軟件來進行地物的具體繪制。
3結語
總而言之,在具體的地形測繪過程當中,三維激光掃描技術的有效運用能夠促使一些存在一定困難的數據采集工作可以在短時間內順利完成。針對三維激光掃描技術的探究對我國社會經濟的未來可持續發展來講有著非常重要的價值,可是,運用三維激光掃描技術的過程會受到外界環境、目標物體反射面等因素的影響,為此,三維激光掃描技術運用過程當中最大限度上彌補客觀方面存在的不足,這樣才能夠獲得準確的測繪成果。 本文由wWw.DyLw.NeT提供,第一論 文 網專業教育教學論文和以及服務,歡迎光臨dYlw.nET
參考文獻:
中圖分類號:P258 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2013)01-0085-02
1 概述
三維激光掃描技術又稱作高清晰測量(High Definition Surveying,簡稱HDS),它是利用激光測距的原理,通過記錄被測物體表面點的三維坐標信息、反射率、紋理等信息,將被測實體和場景的三維數據完整地采集到電腦中,進而快速復建出被測目標三維模型及線、面、體等圖件數據。
項目位于內蒙古敖侖花銅鉬礦露天采場,面積約1平方公里,掃描區域如圖1。作業要求:全野外三維點云數據采集、填挖方量計算、1:2000地形圖、建立三維模型、生成三維視頻。
2 三維激光掃描系統的原理
脈沖式三維激光掃描儀工作原理是激光器發射出單點的激光,通過記錄激光的回波信號,計算激光的飛行時間,來計算目標點與掃描儀之間的距離。這樣連續地對空間以一定的取樣密度進行掃描測量,就能得到被測物體的密集的三維彩色散點數據,稱作點云。三維激光掃描儀通過脈沖測距法獲得測距觀測值S,精密時鐘編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值θ。三維激光掃描一般使用儀器內部坐標系統,X軸在橫向掃描面內,Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直,Z軸與橫向掃描面垂直,由此可得點云坐標(XS,YS,ZS)的計算公式,如圖2、3所示。
3 儀器介紹
本項目點云采集三維激光掃描儀,圖4。
此儀器是當今最先進的三維激光掃描系統之一,它是一種高速脈沖式掃描儀,特點如下:
(1)完全的視場角:掃描視場角為水平360°,垂直270°,可獲取頂部,垂直方向、水平方向和水平方向以下區域的數據;(2)測量級精度的雙軸補償器:可架設在已知點上進行導線測量、可輸入點坐標來放樣、精度1”,補償范圍+/-5’;(3)基于標準反射率表面工作距離:300m-90%反射率;134m-18%反射率;(4)高速掃描:掃描速度可達50000點/秒;發射的光斑大小為50m處恒定3mm,大大提高了掃描的速度和精度。(5)測量級精度如表1。
4 Scanstation2外業三維數據掃描
三維點云數據采集,關鍵步驟如下:
4.1 外業踏勘
首先,要進行現場踏勘、制作掃描規劃草圖,規劃的內容包括:外業操作人員、掃描區域和時間、站點設置、標靶位置等。其次,科學設站,在保證儀器發揮最大功效的同時,應避免重復掃描,另外,后期如進行標靶拼接,一定要設計好下一站標靶的位置以確保兩站標靶通視,如進行點云拼接,設站要盡量采集到較多的特征點。最后,標靶設置要規范,標靶擺設要穩固,盡量不要共線,同時標靶的位置最好設置在兩站公共空間的最大距離處,以保證拼接精度。
4.2 外業掃描
外業點云數據掃描,主要步驟如下:(1)連接掃描儀和電腦,設置IP地址;(2)添加數據庫,確定數據存儲位置;(3)添加掃描儀,設置掃描儀參數,主要包括:照片曝光率、掃描范圍、點云間隔密度等;(4)選擇掃描數據存儲的位置并連接掃描儀;(5)三維點云數據及標靶掃描。
5 點云數據處理
在Cyclone系統軟件內進行,步驟如下:
5.1 剔除噪音點
在掃描過程中,由于受掃描系統本身的系統誤差,如數據采集時激光雷達旋轉引起的抖動、在掃描過程中雜散光和被測物體表面粗糙程度、波紋、表面材質等因素及外界環境影響,會產生不屬于掃描實體本身的冗余數據,稱為噪音點,如圖5,6,為了保證數據計算及模型的精度,在數據拼接之前需進行噪音點剔除。
5.2 點云拼接
每站掃描的數據都是獨立的自由坐標系統,坐標系原點為掃描儀鏡頭,其X方向為掃描儀開機時的鏡頭朝向。因此為了統一坐標系,需將各站數據進行拼接處理。拼接的思路是先將每天各測站的數據拼接成一個整體,然后將各天的數據進行拼接。
(1)點云拼接原理:外業掃描時用全站儀測得標靶的真實三維坐標,各測站掃描時均兩兩包含三個以上不共線同名標靶,利用各測站間的同名點將各測站數據拼接在一起。
(2)點云拼接方法:共有四種方法:在已知點上設測站掃描(即坐標拼接)、使用標靶將數據轉換到統一坐標系中(即標靶拼接)、用點云匹配的方法將點云轉換到統一坐標系中(即特征點云拼接)、綜合使用上述三種方法。
第一種方法屬于直接法地理坐標轉換。與傳統的測量方法一樣,首先進行控制測量,獲得控制點坐標,掃描時在已知點上設站,掃描相當于碎部測量。第二和第三種方法屬于間接法的地理坐標轉換。首先用至少三個公共點來將相鄰測站的點云進行拼接,公共點可以是專用標靶或特征點(如窗戶的邊角、房角等)。
5.3 點云建模
建模的過程是在Cyclone軟件下利用海量點云進行精確計算、擬合幾何物體的形狀,精確表現掃描物體。礦區掃描點云數據如圖7。
點云經過剔除噪音點、拼接、構建TIN三角網,生成Mesh三維模型。如圖8所示。
5.4 成果輸出
(1)地形圖制作:在Cyclone下利用Mesh三維模型自動生成等高線如圖9,將點云與等高線導出,在CAD中制作1:2000地形圖。
(2)填挖方量計算:項目采用了兩種計算方法,一是利用點云數據構建三角網,用方格網法計算;二是在Mesh模型中選定參考面,設置取樣間隔,計算土方量,如圖10所示。
在Cyclone系統里,應用Mesh三維模型計算時,取樣間隔的數值可以設置成0.01至1米之間,均可保證土方量計算又快又準,但如采用傳統的方格網法計算,取樣間隔即使設置到1米,也是相當費時費力的。
6 結語
本項目采用世界先進的三維激光掃描系統采集三維點云數據,在Cyclone系統里進行數據處理、模型制作,采用兩種方法計算土方量,通過與傳統測量方法相比,得出以下結論:
(1)數據采集速度快,ScanStation2的掃描速度是50000點/秒,短時間就可完成大區域面積內三維點云數據的采集,既節約成本又提高了工作效率;(2)激光三維掃描,不需要接觸被測物體,且是根據物體的反射率和材質來采集數據信息,可進行全天候掃描;(3)點云數據完整精確,在軟件下可進行多視角、三維可視化漫游瀏覽,方便、直觀;(4)三維激光掃描儀獲取的點云數據信息量豐富,既包含被測物體X,Y,Z坐標信息,還包括RGB顏色及反射率信息,后期對矢量數據可進行深挖掘及研究應用,一舉多得;(5)應用三維點云數據可以提取任何線性特征,可以出任意比例的二維圖,也可以在圖上量取任何想要得到的信息,在保證高精度的同時還大大提高了生產效率,這是目前現有的方法中所不能比擬的。
參考文獻
[1]李濱.徠卡三維激光掃描系統在文物保護領域的應用[J].測繪通報,2008年第6期.
[2]李清泉.三維空間數據的實時獲取、建模與可視化[M].武漢大學出版社,2003年.
前言:
三維電子地圖研究的核心問題包括地圖數據獲取、地圖數據結構、地圖三維可視化及三維地圖空間分析。其中,三維電子地圖數據的獲取方式是地圖研究的前提,主要有人工采集、機載或航拍等獲取方式,并利用三維建模軟件對采集的數據進行人工建模,將各個孤立的三維模型集成到一個三維地圖系統中。此類方法花費人工量大、制作周期長且地圖信息不易更新,不同獲取方式得到的數據格式多種多樣,使三維地圖的數據融合、存儲、表達及對三維對象間宏大的拓撲關系的描寫困難重重。
1.三維電子地圖的發展歷史
傳統紙質地圖包含的信息量有限,購買新地圖是數據唯一的更新方式。電子地圖是利用計算機技術,以數字方式存儲和查閱地理信息的媒介。利用電子地圖,不但可以對普通地圖的內容要素進行任意形式的組合、拼接,形成新的地圖,還可以按照任意比例尺和范圍輸出電子地圖信息。電子地圖不但明顯縮短了成圖時間,還可以很方便地與衛星影像、航空照片等其他信息源結合,生成新的圖種。三維地形建模是計算機圖形學領域三維可視化技術的重要研究內容。已經歷了線劃三維地形圖、實體型三維地形圖和高度真實感地形圖三個發展階段。三維地形數據的五種獲取方式分別為:由地形圖等高線及高程數據生成、直接使用地圖數據庫中的數字高程模型數據生成、通過處理航拍攝影像生成、由機載激光掃描儀直接掃描并經后續處理得到、用干涉合成孔徑雷達獲取等。基于圖像的建模方法主要是地形圖像的疊加,通過對多幅圖像進行處理,以消除重復的部分產生三維的特征。這種建模技術出現的較晚,由于是基于真實的圖像,所以具有極強的真實感。但同時,這種技術具有離散及計算和存貯量大的特性,對硬件的性能要求極高,生成的三維環境不便于實時動態的漫游,立體感也不夠強,所以目前地形的實時繪制主要采用基于圖形的建模方法。
2.建筑物數據獲取方法
按建筑物樓層數目粗略求算建筑物高度。這種方式主要用在使用二維地圖數據庫的數據來生成三維地圖信息方面,這種方法可以利用已有的 2D GIS 數據,是對已有數據的二次利用,避免繁瑣的人工信息采集,但是依賴建筑物樓層數據估計高度,精度極低,不適于三維地圖的長遠發展。從遙感影像中直接提取建筑物高度。這種方法主要有兩個研究方向:利用立體像對進行立體量測、通過單幅影像獲取高度信息。立體像對量測方法,可以使用成熟的商品化數字攝影測量系統,這些數字測量系統已具備自動空中三角測量、DEM 的自動采集及正射影像的快速制作等功能。通過單幅影像獲取方法,以算法推導為主,研究地物陰影和高度的關系,或者研究單幅影像成像姿態與地面高程信息的幾何關系。
3.基于遙感圖像的建筑物提取方法
從遙感影像中提取建筑物信息并對這些信息進行三維重建,不僅是遙感領域所關心的課題,也是計算機視覺領域的一個重要研究方向。建筑物提取主要有自動提取和半自動提取兩類方法。近年來,研究者提出了一些新方法用于建筑物的自動三維重建。前期,陰影分析主要從單張相片檢測建筑物,后來逐漸被基于多張具有重疊度的影像獲取方法所取代?;诙嘀丿B度影像的建筑物獲取方法,是從多張具有重疊度的影像上提取三維線索,以及包括顏色、現有的 GIS 數據、數字表面模型等多種線索,屋頂三維重建出來后直接投影到 DTM 上,并加上垂直的墻面,得到建筑物的三維模型。此外,有人嘗試從雷達數據和高分辨率的遙感影像自動提取和重建建筑物。
4.基于高分辨率遙感圖像的建筑物提取
遙感圖像是三維城市地圖中建筑物的重要數據來源,基于遙感圖像的建筑物輪廓提取是近年來三維城市地圖研究的熱點。有效的圖像分割是建筑物輪廓提取的重要前提,遙感圖像具有多灰度級、信息量大、目標結構復雜等特征,至今沒有一種算法能夠有效分割獲取途徑不同的遙感圖像。分水嶺算法能夠對圖像進行完整分割,尤其在目標區域分辨率低且具有弱邊緣時仍能夠提供閉合的輪廓線,但在存在大量噪聲時會產生嚴重過分割。
5.三維地形景觀
5.1地形數據格式轉換
DEM 是數字高程模型的簡稱,它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型,是數字地形模型的一個分支。數字地形模型是描述包括高程在內的各種地貌因子如坡度、坡向、坡度變化率等在內的線性和非線性組合的空間分布,其中 DEM 是零階單純的單項數字地貌模型,其他如坡度、坡向、坡度變化率等地貌特征可在 DEM 基礎上派生。
5.2地形場景實現
Ogre 的場景管理器提供了兩種不同(卻類似)的場景讀取方式直接從磁盤文件載入數據以及從任意的數據流載入數據。其中使用數據流的方式允許你在程序中把網格模型包裝構造成通用或者私有的地圖格式,并直接發送到場景管理器中。但是大多數情況還是使用從磁盤中讀取地圖的方法,在這種方法里世界地圖文件通常是能直接打開和載入的磁盤上的獨立文件。
結語:
在圖像處理技術基礎上,結合遙感技術,進行圖像分割,邊緣提取,三維重建,目前是一個很有潛力的研究方向。當前已有的遙感數據獲取技術往往受自然和人為等各種因素的限制,存在著不足和缺陷,還有很多值得研究的課題等待人們去解決。可以預見的是,未來的三維地圖,將會朝著多元信息化、數據獲取自動化、數據更新及地圖漫游實時化的方向發展,而對于遙感數據的處理將是這一趨勢不可或缺的重要環節。
參考文獻:
[1]高翔,趙冬玲,張蔚.利用高分辨率遙感影像獲取建筑物高度信息方法的分析.測繪通報.2008.(03),43.
[2]譚仁春,三維城市模型的研究現狀綜述,城市勘測,2007,(03),42-46.
眾所周知,高職院校是培養應用型人才的高等院校,注重實際操作能力的培養,力求學生畢業后很快地適應工廠的實際工作。學生在校期間的最后一項任務是畢業設計,檢驗在校期間知識、技能的綜合應用能力。
畢業設計是一項綜合性很強的工作,對知識的要求很高,由于現在的高職院校的特點,學生在校的學習時間一般為2~2.5年,以我們機電一體化專業為例,本專業的核心是數控機床故障診斷與維修,學生要應用這短短的2~2.5年時間學習到的知識獨立完成畢業設計課題,其難度可想而知。那么,如何讓學生在畢業設計這一環節中應用學到的知識順利地完成畢業設計,并且有質的提高?本人運用高職教育項目化的“六步法”作了如下嘗試:
提供圖紙作為參考
提供給學生工廠實際應用的數控機床或其他機床的二維工程圖作為參考,要求學生讀懂圖紙,并把各零部件部件原理及其在機床中的作用理解透徹。
本專業畢業生要求非常熟練地讀工程二維圖紙,這一環節再一次加強了學生識讀CAD工程圖的訓練。
實際上,本環節是項目化教學“六步法”的“咨詢”階段,學生在這一階段獲取必要是信息,即二維圖紙信息,還有到圖書館或者網絡等渠道獲得的與課題有關的資料等,為后面的設計工作做好充分的準備。
將二維工程圖轉換成三維圖
這一環節要求學生根據提供的工程二維圖,用學過的三維軟件(如:SolidWorks、UG或Pro-E等)把二維圖轉換成三維圖,并進行裝配以及用軟件進行結構受力分析等。
本環節主要訓練了學生三維軟件的應用,進一步提高了學生的技能?,F在有不少用人單位在招聘時就要求學生能熟練應用一種三維工程軟件,甚至指定軟件的種類(目前,機械制造業常用SolidWorks和Pro-E,模具制造業常用UG和CATIA),因此,在畢業設計中加入這一環節很有必要。
這一環節,就是項目化教學“六步法”的“計劃―決策―實施”階段。學生根據二維圖和查詢的相關資料進行分析,列出設計的具體方案,同一組是學生進行討論、分析,選擇設計方案,并按方案實施具體的三維設計,在這過程中會有可能出現對設計方案進行修改的反復過程,在這過程中,老師進行引導和協助,幫助學生、有學生自行解決設計過程中出現的問題,一個問題的解決也許會經過多次修改,直至滿意為止。
實施階段除了要用到已有的知識、技能和學習與項目相關的新知識、新技能外,更重要的是通過“工作過程”學習“過程性”知識,同時檢驗決策的正確性。學生根據課題承擔不同的內容,學生在實施方案時記錄所遇到的問題、問題的解決方法和最終的結果等,遇到不可解決的問題時,向教師或向同組成員或其他組成員討論,根據實施過程對方案中不合理、不完善的地方進行修訂、補充,最終達成項目目標。
實施階段的主體是學生,教師作為陪伴者,不直接參與解決問題。
撰寫論文
這一環節是畢業設計的關鍵環節。
撰寫論文的要求是:闡述機床(或某個部件)的設計過程。包括零件設計材料的選擇、熱處理的應用、工藝方法的選擇等等,要求說明選擇的理由,是否有替代方案,為什么等等。在完成設計過程的闡述后,另外還要求學生選擇一個或兩個典型零件進行全面的具體分析。
本環節可以說用到了大學期間所學的所有專業理論知識,另外還用到了許多在校期間沒有碰到的理論或實踐知識,這就要求指導老師進行進一步的輔導。
本環節是項目化教學“六步法”的“檢查―評價”階段。學生通過前一階段的設計過程的訓練,不同程度地對“機械設計”設計有了了解,通過論文的撰寫,老師可以階段性地進行檢查、提問、抽檢等等,從而對每一個學生有效地進行評價。這階段的檢查分為三種形式,即自查、互查和老師檢查,自查和互查以簡單的報告形式遞交,集中交流,相互間打分,結合老師的評分,最終得到綜合評分。
本畢業設計的主要目標跟本專業的核心目標一致,通過畢業設計可以使學生更進一步地了解和理解數控機床或其他一些機械內部結構原理,以方便在機床出現故障時進行分析判斷,從而快速有效地排除故障。
關鍵詞:鼓式制動器;ANSYS workbench;制動鼓;有限元分析;摩擦接觸
Key words: the rear drum brake;ANSYS workbench;drum brake;finite element analysis;frictional contact
中圖分類號:U463.51 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2017)08-0091-03
0 引言
目前,大多數重型載貨汽車采用的制動系統為鼓式制動器,其中制動鼓是制動系統中的重要部件之一[1]。目前,制動器的失效大多數是由于制動鼓的失效引起的,其主要失效形式有:非正常的磨損、掉底、龜裂、開裂、磨損過大[2],對制動器中的制動鼓進行結構的受力接觸和有限元分析,是提高制動系統制動性能和穩定性的重要舉措。論文是以東風德納TD485后單邊驅動橋為研究對象,它是東風德納車橋有限公司全新開發的重型驅動橋,其制動器總成為漸開線S凸輪式與氣動式相結合的干摩擦I從蹄式鼓式制動器。利用ANSYS workbench有限元技術的接觸分析對制動鼓較為深入的研究摩擦接觸副壓力分布和摩擦變形,為制動器往后的結構參數的改進與優化提供了可靠依據。
1 鼓式制動器的力學計算模型
1.1 制動器整體受力分析
為了能更為真實地模擬制動鼓的受力分析,本論文首先建立整體的鼓式制動器模型。論文是以東風德納TD485后單驅動橋鼓式制動器為研究對象,該制動器的主要參數來源于東風德納車橋有限公司提供的《東風德納TD485單邊驅動橋使用與維修手冊》,其部分主要結構參數如表1所示。
2.2 有限元模型的網格劃分
將在UG中裝配好的三維有限元模型以TXT的格式導入到ANSYS workbench中,并對模型進行幾何處理,為了能準確反映制動鼓的壓力分布以及幾何變形,采用solid226三維二十節點六面體耦合分析單元,采用切分的方法對其各部件進行網格的劃分。其各部件的有限元網格模型,如圖7所示。其中制動鼓的網格節點數為74456,單元數為14596;制動蹄的網格節點數為40555,單元數為8360;摩擦片的網格節點數為10976,單元數為2046。在網格劃分前定義好制動器各個部件的材料屬性、單元類型。
2.3 制動器接觸對的建立
制動器在制動的過程中,凸輪推動制動蹄,使用鉚釘固定在蹄上摩擦片壓向制動鼓,使鼓與片產生擠壓和摩擦。利用ANSYS workbench中的connections來定義制動器各部件的接觸關系,用以模擬這個復雜的運動過程。在接觸對的建立過程中,依據接觸分析中目標面和接觸面的選取原則[7],定義接觸各部件的目標面和接觸面。制動鼓內表面與摩擦片外表面相接觸,根據接觸原則,定義鼓的內表面為目標面,片的外表面為接觸面,設置接觸類型為“摩擦”,摩擦系數選取0.38;同理可得,制動蹄與摩擦片的接觸,蹄的外表面為目標面,片的內表面為接觸面,設置接觸類型為“綁定”。根據各部件選取的材料類型,定義制動器各部件接觸類型為柔-柔接觸類型。
中圖分類號O29 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2014)120-0164-03
0 引言
本文根據車輛情況、路面情況以及使用需求的不同,首先在對汽車輪胎花紋形式固定,忽略天氣等外界因素,對專業的參數信息進行檢索收集。其次以物理知識為基礎利用變量控制法和修正系數的思想求得各性能的近似表達公式,用模糊數學的思想建立各種性能指標的權值聯系,然后將各性能構建為統一的性能指標,并以此作為規劃模型的目標函數。在求解時,為避免各相關性能量綱之間的誤差以及減少非花紋結構對性能的影響,引進性能量綱系數并定義為1,性能參數的大小即為各性能的絕對大小。由于車輛、路面情況參數較為客觀,將其計入目標函數,而使用需求柔性較大,故把它歸入規劃模型的限制條件中。從而建立輪胎花紋的設計模型。然后我們用以普通轎車為例對模型進行求解驗證,利用蒙特卡羅算法對模型的最優解進行計算,并用SOLIDWORKS軟件進行參數化三維建模,結果表明:
對于過程中設計的計算公式與算法的誤差研究,我們對模糊矩陣評價法得到的權重,我們將用模糊序列法得到相同的結論,在一定程度上來說,權重是可信的,對于性能參數的數值與相關論文研究中的定性描述做了對應,基本契合,但是性能的絕對量是本文模型的最大問題,但是在某種程度上能反應實際情況。
2 模型建立
本文主要研究普通輪胎花紋形式下的設計要素對汽車性能的影響,以花紋溝的深度、寬度、角度及密集度等要素為規劃模型的決策變量,花紋的總體性能參數為目標函數,以工藝設計限制以及使用需求為約束條件,從而建立數學規劃模型,并用Solidworks軟件進行三維建模。
本模型的大體的架構如同計算機程序般,設置模型的輸入端、主體程序、輸出端三部分,在輸入端,我們考慮到將車輛的情況和路面的情況參數化,其值剛度大主觀性小,我們將其建立在目標函數主體,而使用需求參數化,其值剛度小主觀性大,故將此建立在規劃模型的約束條件部分,為減少模型誤差對結果帶來的巨大影響,我們對設計要素進行工藝技術限制。我們將花紋的設計要素作為決策變量,并將規劃模型的最優解作為模型的輸出端,而規劃模型即是主題的程序,程序化模型架構讓花紋設計更加清晰方便,模型的輸出端后我們與建立了程序與應用軟件Solidworks的連接,依據結果進行輪胎花紋的三維建模,從而建立花紋設計優化的全過程。
3 模糊數學的權比模型構建
3.1 模糊矩陣評價法計算花紋性能比重
現在用模糊矩陣評價法評估輪胎花紋對汽車輪胎各個性能的影響程度。
輪胎的花紋主要影響汽車牽引性能、防側滑性能、耐磨性能和排水性能?;y的影響汽車性能集為U={牽引性能、防側滑性能、耐磨性能、排水性能},依次對應可記為U=(u1,u2,u3,u4)。
現在來確定兩兩影響程度的比較fuj(ui)。由前面的評價方法可知輪胎花紋對汽車牽引性能、防側滑性能、耐磨性能、排水性能影響程度,我們記為:
由此可知,花紋對輪胎各個性能的影響程度可以近似計算得到,牽引性能a0=64.3%、防側滑性能a1=20.9%、耐磨性能a2=9.6%、排水性能a3=5.2%。所占比的餅狀圖如下。
4 約束條件確定
4.1 目標函數花紋總體性能的確定
Max f=Pj×a0+Rj×a1+Rj×a2+Wj×a3
4.2 使用需求
噪聲需求
噪聲的影響因素主要是與溝深有關,研究表明當溝深在一定的范圍內噪音較小,并且其值大小能反應噪聲減小的效果,故可用其值來近似描述用戶在噪聲方面的需求。
舒適需求
汽車的舒適度主要體現在汽車的防側滑性能,其值的大小能說明輪胎花紋對舒適性的需求。
4.3 技術限制
5.2最優化求解
普通轎車輪胎花紋設計規劃模型:
決策變量:花紋溝深度a,花紋溝寬度b、橫花紋與水平夾角θ、橫向花紋塊面積占行駛面積的比c、縱向花紋花紋塊面積占形式面積的比d
6 模型評價
6.1 優點
1)本文所用模型通過對輪胎的牽引力性能、防滑性能、耐磨性能、排水性能四個性能進行分析研究,較為全面和具有代表性;
2)采用修正系數的思想,將四個性能的標準定義為一個理想最大值的修正值,可以避免其值的多因素研究,為研究帶來便利,但是又不失其正確性;
3)本文將復雜的輪胎花紋進行抽象簡化,突出主要的影響要素,利用簡單的力學和幾何學數量關系,從而減少研究的無用功;
4)本文采用模糊數學分析的方法,將本來影響因素眾多的幾種性能指標,建立較為明確的比重關系,將原本獨立的量構建成一個較為成熟的變量來描述輪胎整體的特性,并通過公路對性能的需求參數建立個種類輪胎和各類公路間的契合度,從而得出輪胎適用范圍的結論。
6.2 缺點
1)性能參數的計算不是太具體的絕對值,而僅僅是利用1的相對修正;
2)模糊數學方法得出的比重有一定的主觀性,不能較客觀的反應真正地問題。
參考文獻
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1.三維激光掃描技術介紹
三維激光掃描技術被譽為既GPS技術后,空間信息獲取技術的又一項革命。它利用激光掃描這一強大的工具實現了人們“所見即所得”的空間理想,使得快速獲取空間信息并進行加工處理進而得到三維的顯示變為現實,使得人們擺脫了傳統平面顯示三維空間信息的束縛,是實現“大數據時代”的一個強而有力的工具。目前,市面上的三維激光掃描儀主要通過點云的方式把這些三維空間數據采集存儲到電腦里,再借以點云處理軟件,三維建模軟件快速重構出計算機中的三維模型,再現客觀物體的數據顯示。如果借助三維打印技術,可以將客觀物體按不同比例不同材料打印成實體模型。這對于逆向工程,文物的保護與檢測維護有著重大的意義。
2.浮雕介紹
我們這次的研究對象是貴州民族大學青春廣場上的一座浮雕。浮雕主要展現了貴州省各少數民族一起和諧的生活畫面。浮雕上的人物均穿著民族服飾,手拿民族樂器,載歌載舞,惟妙惟肖,是一個創造性的藝術杰作,是貴州民族大學的標志建筑。浮雕高約兩米,長約十四米,浮雕上的民族服飾,人物樣貌非常生動,這就要求我們在通過激光掃描再現浮雕時要考慮細節要求。
3.研究內容和方法
雖然我們所選擇的這個浮雕只供一面觀看,但是如果只采用一面掃描的話,浮雕細節的一些死角實際上是無法掃描到的,所以我們大致采用左中右三個不同角度對浮雕進行全景掃描,通過后期的標靶拼接將三個浮雕數拼到一起。為了保證點云拼接時的精度,我們這里采用了三個標靶作為拼接點云的目標依據,而且在布置標靶時盡量不要把三個標靶布置到一條直線,三點之間互成一定角度,這樣能較好的保持點云拼接的方向。
三維激光掃描儀可以設置掃描方向和掃描區域或者做全景掃描,但是掃描儀無法智能判斷那些點有用,那些點無用。這就要求我們在后期點云處理的時候剔除噪聲點。對點云的處理我們在進行通過標靶拼接完成后,對整個掃描物體進行去噪處理。這一過程在軟件cyclone下進行。
在完成點云的去噪和拼接處理后,為了獲得浮雕的三維模型,我們就需要利用三維建模軟件在點云的基礎上,進行三維建模。三維建模軟件市面上有很多種,如3D MAX,ACAD,MAYA等,在這里我們用的是逆向工程建模軟件Geomagic。由cyclone輸出.PTX點云文件。將文件導入到Geomagic中,將點云由不同大大小小的多邊形連接起來,進而由孤立的點云,得到一個光滑曲面。多邊形選擇數目越多,浮雕表面顯示越精細。即便我們采用了多站掃描,對于浮雕的細節還是有些地方沒有獲取到,所以在這里的浮雕模型曲面上就會出現一些空洞,這就需要用Geomagic的單獨填孔命令對這些空洞進行處理。這里不建議用全部填孔命令,因為軟件會把某些未剔除的噪聲點也判定為空洞填掉,所以在這一步最好進行手動填孔并去噪。
4.主要設備
本研究采用的是Leica Scanstation 2 三維激光掃描儀。該儀器有效掃描距離最高可達300m???60度全視場掃描,幾乎沒有死角。高精度雙軸補償可達到5秒級。該儀器采用脈沖式激光,掃描速率每秒50000點,點位采樣密度最小1mm,點位精度可達到2mm。幾乎可以滿足所有的常規測量精度要求。
5.研究結果示例
在Geomagic中處理的浮雕是一個面,如果我們需要進行三維打印的話,還需要給浮雕加上一個厚度,可以用Geomagic中壓縮的命令,使它成為一個立體的浮雕。
圖2 拼接后的點云(未去噪)
圖3 對中間塊浮雕在Geomagic中處理
6.小結
三維激光掃描技術在浮雕保護中的研究,獲取了浮雕表面的實際三維信息,反應了浮雕的細節,為浮雕的保護,設計改造提供了可靠的數據來源。三維激光技術在類似的保護工作中還有很大的研究空間,需進一步加以擴展和完善。
參考文獻
[1]李必軍,方志祥,任娟.從激光掃描數據中進行建筑特征提取研究[J].武漢大學學報:信息科學版,2003,Vol.28 (1):65-70.
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
Analysis of University "Three-dimensional Modeling " Course Teaching Reform ZHANG Hu
(West Anhui University, Liu'an, Anhui 237012)
Abstract With the increasing development and universal access to the field of computer technology, three-dimensional animation design professionals (3ds MAX) received more and more attentions in colleges and universities, with its own powerful features and wide range of applications. From the "three-dimensional modeling" course goals to start, combined with the author's years of teaching experience,the author is exploring the "three-dimensional modeling" course content, teaching methods, assessment mode, ect.
Key words 3ds MAX; teaching content; teaching methods; assessment model; teaching reform
“三維建模”課程是高等院校藝術設計專業的必修課,它充分體現了設計專業的特色,同時它與設計行業緊密聯系,通過課程的學習能夠使學生自主創建三維模型,提高學生三維模型設計水平,為學生在將來設計領域的發展起著重要作用。
1 教學內容的改革
1.1 教學的目標與要求
如今三維設計領域的市場需求非常大,對三維設計中的效果圖制作也提出了相應的標準與要求。為滿足社會對三維設計專業人才的需求,體現高等藝術院校對三維基礎教學目標的特點,“三維建?!闭n程的教學主要以3ds MAX軟件的學習為基礎,以室內外建筑行業設計進行開展,對“三維基礎”課程的相關知識和學生掌握三維軟件能力的目標做出具體要求。
通過3ds MAX軟件的學習,學生們要逐步認識3ds MAX軟件的用途及特點,熟悉軟件的基本操作流程;清楚3ds MAX軟件的各種功能界面,能獨立創建二維物體并進行再次的修改,同時掌握二維物體轉化為三維物體的命令;熟練掌握三維模型的創建和修改,熟練運用材質編輯器中的各種編輯命令,掌握材質渲染的設置參數,能制作室內外建筑框架模型,獨立創作各種家具模型,同時能很好的把家具模型組合到房屋結構中,并給予模型指定的材質和相關貼圖,完成三維模型的最終渲染。
配合專業能力培養的同時,本課程還突出強調職業通用能力的訓練,具體分解如下:(1)仿制能力。通過臨摹優秀的三維模型作品,不斷提高自己塑造三維模型的設計水平。(2)時間控制能力。制作模型的方法有很多種,選擇以最短的時間完成模型和渲染的方法。(3)信息技術運用能力。能搜集并運用相關技術、下載各種三維模型和材質。(4)溝通能力。在三維模型的制作過程中能與老師、同學建立良好的協作能力。
除此之外,課程教學的內容應對效果圖的制作提出嚴格的規范和技術的標準,并使學生熟悉相關專業的理論知識。
高校藝術設計專業教育在完成教學任務和學習模式外,還要注重培養學生的獨立自學能力,并對學生進行專業技能適應性和專業綜合素質能力的訓練。
1.2 教學內容的表現
能獨立創建三維模型項目是完成教學內容的主要表現。三維建模與市場有著緊密聯系,藝術設計專業的學生在制作模型時要與市場項目為目標,最為常見的項目為:室內不同功能房間模型和室內不同公共場所模型的制作,其中客臥廳模型的制作是最為常見,因此完成一項室內模型是學生在未來學習的過程中必須完成的項目,在教學當中將一個項目分解成多個項目點,且每個項目點都包含教學內容。
1.3 教學步驟
在教學過程中,教師要以項目為目標,將模型分成若干個項目點,通過項目點逐步掌握三維建模的全過程。完成項目點制作的具體步驟分為以下幾個階段:
(1)基礎階段。通過臨摹相關建模過程,掌握基本建模方法,根據每個項目點的操作逐步完成三維基礎模型。
(2)修改階段。對制作方案思路不夠寬,表現手法不夠活,制圖速度不夠快,整體效果圖缺乏生動性和感染力的項目進行反復修改,制作出自己認為更好的模型。
(3)深入階段。作品在設計方面要具有獨特的個性,同時要具有很強的表現力,項目完成后可以對項目進行總結,并衍變成相近的模型。
2 教學方法的改革
2.1 教學方法的運用
根據課程特點以及對應的崗位能力要求,在教學過程中既要培養學生高水平的專業技能,也要培養學生自學,創新能力等綜合素質,因此教學中采用了項目驅動、方案討論、角色模擬等多種教學方法。①
(1)從“基礎練習”到“實踐創作”。通過大量基礎練習逐步了解作圖的基本流程,進而掌握制作技巧。根據市場實踐的要求,制定新的教學內容,加強專業技能的訓練,培養學生具有高素質的職業能力,通過實踐中對項目的不斷修改到完善的過程,提高學生對專業設計的創作熱情。(2)設定“項目”。設定某一工程項目,由學生在規定時間內完成教師提供的相關設計思路及專業技術,在學生“創作”項目后,由教師點評學生作品,并進行分組討論。這樣不僅鞏固了學生專業技能知識,同時又培養了學生的團隊組織能力。(3)經典案例展示。選取一些優秀大賽的作品或知名企業的部分成功案例,向學生展示其制作流程和后期效果,激發學生的創作能力,提高學生的思想認識,實現教學與實踐的對接。
2.2 現代多媒體網絡教學技術的應用
高校藝術設計專業中“三維基礎”課一般采用電子演示文稿、區域聯網教學、多媒體演示等各種網絡教學手段?,F代多媒體教學手段具體表現在:(1)鑒于3ds MAX軟件的自身特性,應通過多媒體教學系統中的 “廣播教學”為媒介,邊授課邊演示,能夠讓學生時時看到教師的操作效果。(2)網絡教學信息資源是網絡教學系統的重要組成部分。②教師可以在局域網上向學生提供相關的參考圖片、案例分析資料、不同戶型的效果圖和優秀的設計作品等供學生參考。③
2.3 課程的教學特色
越來越多的高校開設了計算機美術專業課程,它與傳統的設計專業教學相比有了質的發展,教學效果更加生動活潑。但是,受傳統美術教學模式的影響,目前我國絕大多數開設藝術設計專業的高校中,仍然是采用分段式的教學模式,④理論知識教學占有的時間過長,造成計算機設計課程與基礎專業設計課程嚴重失衡,計算機設計課得不到充分發展,無法發揮計算機設計課程的優勢。
為適應現代計算機美術專業課程的需要,可以把教材作為某一項目,然后將專業理論知識與實踐相結合,在結束教材課程時完成其項目。
(1)教材應吸納Auto CAD、photoshop軟件、美術基礎等多學科知識,訓練學生的邏輯思維能力和實際操作能力,培養學生在制作效果圖設計方面的能力。
(2)使用項目教學,在教學過程中將抽象難解的設計理論變成某一項案例,通過項目案例逐步了解并掌握相關知識。課前可以讓學生欣賞一些具有針對性的案例效果圖,根據不同項目點以提問的方式作引導,既活躍了課堂氣氛,又提高了計算機三維教學效果。
(3)通過多媒體網絡視頻教學方式,每個學生通過自己的電腦就可以清楚的看見教師的PPT課件和3ds MAX軟件的操作流程等,方便學生了解并掌握課程的重點與難點。在教學過程中注重理論與實踐相結合,依據相關素材和三維模型資料,將其分發給學生,要求他們完成相關的教學任務,這樣既豐富了三維基礎課程,又提高了學生學習的興趣。
(4)在上課過程中,教師根據教學內容選定一些有問題的設計項目,讓學生提出自己的想法,敘述自己的觀點和改進方法,培養學生獨立思考問題和解決問題的能力,同時培養熟練的語言表達能力和思維創新能力也是關鍵,只有以掌握知識為基礎,把重點放在創新能力的培養上才能真正實現創新。⑤
3 教學考核方式的改革
在教學過程中考試也是其中重要的一個部分,它可以考查學生學習的情況,同時可以改正教師在教學過程中的問題,對提高教學質量有著重要的促進作用。傳統的“閉卷”考試不能充分全面的反映學生對三維基礎課程的掌握和操作應用能力的實際情況。學生考核的重點應由三維基礎理論知識的掌握轉變為能很好的運用所學的知識完成實際設計項目的能力。在三維基礎課程中,學生考試成績分為“平時成績、案例制作、期末考試”三個部分,方法如下:(1)在完成3ds MAX不同階段功能命令時,通過制作相關的模型考核學生對所學的功能件命令掌握的程度。(2)在一定的時間內完成一項案例,考查學生對三維基礎每個操作命令實際掌握程度,同時教師對學生完成的效果圖,給予相應的評定。(3)期末理論考試是考查學生對教學知識點掌握的程度,并給予相應的成績。
通過“平時成績、案例制作、期末考試”幾個方面來綜合給予評定,可以促進學生更好的學習,認真做好每一個案例模型,同時也提高了學生的制作能力,逐步掌握3ds MAX軟件的能力。
“三維基礎”課程是一門專業性很強的課程,學生掌握其知識后,可以在實踐工作中得以應用,因此學生對學習3ds MAX軟件抱有強烈的學習欲望?!叭S基礎”是一門容易考核的課程,通過完成三維模型就可以了解學生對所學知識的掌握和軟件操作能力,同時也是檢驗教學效果成功與否的標志。但知識的融會貫通、熟練運用,創新等則是課堂教學中極為重要,卻又容易忽略的部分,況且目前三維基礎課程的專用教材還不全面,如何科學合理的提高三維基礎課程教學效果,還需要我們不斷地探索。
注釋
① 胡虹.室內環境設計專業“表現圖技法”課程教學改革的體會[J].設計教育2006(157):120-121.
② 馮愿.網絡教育環境下教學信息資源的設計與開發[D].上海:華東師范大學(碩士學位論文),2006.