摘? 要：在藝術(shù)類工業(yè)設(shè)計CAID教學(xué)中，通過明確的課程重點講解和針對性的課程訓(xùn)練使學(xué)生掌握建模思維和自主方法已成為計算機輔助設(shè)計教學(xué)的重中之重。通過對三亞學(xué)院產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)CAID課程教學(xué)的跟蹤研究，歸類出普遍存在于CAID課程學(xué)習(xí)的三類誤區(qū)，提出了工業(yè)設(shè)計CAID課程教學(xué)應(yīng)以思維建模為主，以識圖建模、比例建模、細節(jié)建模和曲率建模為輔的五位一體課程訓(xùn)練建議。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計;CAID;課程重點

中圖分類號：TB47? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0144-04

Research on the Training Focus of CAID Course

——Take Rhino for Example

XU Mingliang

（University of Sanya，Sanya? 572022，China）

Abstract：In the teaching of CAID in art industrial design，it is the most important thing for the students to master the modeling thinking and self-determination method with the explicit explanation of the courses and the specific training of the courses. Based on the follow-up research on the teaching of the computer-aided design course of Product Design Specialty in University of Sanya，three types of misunderstandings in the learning of CAID course are classified，and it is proposed that the teaching of industrial design course should be based on thinking modeling，the five-in-one course training suggestions are supplemented by map recognition modeling， scale modeling， detail modeling and curvature modeling.

Keywords：industrial design;CAID;curriculum focus

0? 引? 言

伴隨設(shè)計數(shù)字化時代的到來，工業(yè)設(shè)計從圖紙化設(shè)計轉(zhuǎn)向無紙化設(shè)計，CAID已成為工業(yè)設(shè)計人才必須具備的能力。它憑借智能化、可視化、便捷化的優(yōu)點迅速地介入到工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，催生出新的設(shè)計環(huán)節(jié)和設(shè)計崗位。高校學(xué)生和設(shè)計師普遍對于CAID的認識集中在軟件操作和設(shè)計表現(xiàn)，忽視了工業(yè)設(shè)計思維與CAD結(jié)合這一實質(zhì)，致使無論是工科背景的“技術(shù)+藝術(shù)”還是藝術(shù)背景的“藝術(shù)+技術(shù)”的課程授課方式都成為對工具的探索，缺乏對CAID課程重點的理解和設(shè)計者主觀能動性的體現(xiàn)。因此，以人為主體，從工業(yè)設(shè)計特點出發(fā)探討CAID課程重點，優(yōu)化對CAID的認識，是十分必要的。

1? 三亞學(xué)院CAID課程體系介紹

CAID也叫作計算機輔助工業(yè)設(shè)計，是通過計算機技術(shù)研究設(shè)計領(lǐng)域的圖形圖像仿真表達，主要包括產(chǎn)品三維模型構(gòu)建，產(chǎn)品效果圖渲染，產(chǎn)品動態(tài)展示等內(nèi)容，其中產(chǎn)品三維模型構(gòu)建是CAID的重點研究內(nèi)容，也是本文的主要研究對象。

CAID課程在三亞學(xué)院藝術(shù)學(xué)院產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)課程體系定位中為專業(yè)基礎(chǔ)課設(shè)置，開設(shè)在大二學(xué)年，先修課程為設(shè)計創(chuàng)意、設(shè)計史論、設(shè)計程序與方法等，學(xué)生初步接觸設(shè)計方法與設(shè)計技法，對專業(yè)的認識由藝術(shù)向設(shè)計轉(zhuǎn)變，對設(shè)計的認知不夠系統(tǒng)和充分。教學(xué)團隊經(jīng)過十年的課程改革和跟蹤評價發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)明確的CAID課程不但可以為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下專業(yè)基礎(chǔ)，還可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)其他課程的積極性，很多學(xué)生正是通過此類課程對產(chǎn)品設(shè)計或工業(yè)設(shè)計產(chǎn)生了濃厚興趣。

現(xiàn)階段三亞學(xué)院藝術(shù)學(xué)院的CAID課程體系主要有Alias AutoStudio和Rhino兩個軟件系統(tǒng)部分，課程體系中Rhino軟件針對產(chǎn)品造型設(shè)計專業(yè)，強調(diào)工業(yè)設(shè)計中感性形態(tài)表達與形態(tài)捕捉;Alias AutoStudio針對汽車造型設(shè)計專業(yè)，強調(diào)汽車造型的參數(shù)化表達和數(shù)據(jù)輸出。雖然兩門課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求不同，但兩門課程一直反對進行過多工具探索和效果表現(xiàn)，鼓勵對學(xué)生系統(tǒng)性思維的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)CAID課程自主能力與應(yīng)變能力為教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)團隊經(jīng)過課程授課方式和訓(xùn)練重點的修正，對CAID類課程進行歸納和優(yōu)化，建立起了CAID課程體系的思維架構(gòu)和思維建模、識圖建模、比例建模、細節(jié)建模、曲率建模五個課程訓(xùn)練重點，并以此為基礎(chǔ)作為課程考核評價的標(biāo)準(zhǔn)組成。

2? 學(xué)習(xí)CAID常見的三類誤區(qū)

CAID在藝術(shù)類工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)中也占據(jù)著重要的作用，國內(nèi)各個院校均重視此類課程的教學(xué)并做出了一系列探索性嘗試工作探索，如浙江大學(xué)的國家級精品課程“計算機輔助工業(yè)設(shè)計”取得了一定成就，該課程將CAID的內(nèi)容由重“工具”和重“表現(xiàn)”提升到了重“設(shè)計”階段。三亞學(xué)院藝術(shù)學(xué)院的Rhino課程教學(xué)主要集中在產(chǎn)品造型設(shè)計專業(yè)，通過該課程的講授與學(xué)習(xí)，學(xué)生的三維塑造和表現(xiàn)能力進一步加強，但存在一定的學(xué)習(xí)誤區(qū)，主要表現(xiàn)為以下三點。

2.1? 側(cè)重技能操作，忽視建模思維培養(yǎng)

建模思維是指建模的步驟和方法規(guī)劃，具體指在建模前期通過對工業(yè)設(shè)計草圖方案造型特點的分析，結(jié)合所使用的CAID軟件系統(tǒng)的建模原理和成形特點進行數(shù)字模型構(gòu)建過程中的分面設(shè)計和操作思路的規(guī)劃，其中分面是復(fù)雜CAID模型構(gòu)建的基礎(chǔ)。系統(tǒng)合理的建模思路對于提升數(shù)字模型構(gòu)建的精度與降低其難度起到了至關(guān)重要的作用，建模思維的建立和訓(xùn)練是計算機輔助工業(yè)設(shè)計課程優(yōu)化的先行基礎(chǔ)。

忽視建模思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練在學(xué)習(xí)計算機輔助工業(yè)設(shè)計的過程中表現(xiàn)尤為突出，CAID課程被廣泛地片面認為是技術(shù)的訓(xùn)練，而關(guān)于如何樹立系統(tǒng)規(guī)范的建模思維至今并未形成統(tǒng)一的理論體系，所以，改變對CAID的認識是建模思維培養(yǎng)首先要解決的問題。

在進行CAID實踐時，學(xué)生的慣用建模思路是先易后難，缺乏整體的思路分析制定，這種思路的建模思路缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，不但提高了建模難度，更加降低了建模效率，甚至使模型無法完成。如圖1所示的汽車造型分析圖，在進行具體的Rhino軟件建模操作以前，要根據(jù)汽車外觀造型特征面的特點進行分析與分解，將引擎蓋、鼻線與側(cè)面過渡面、前保險杠、側(cè)翼板、輪眉、A柱，B柱，C柱走勢面、車窗面、側(cè)主體面等特征形態(tài)按照四邊成型法則進行逐個劃分，以此為基礎(chǔ)形成合理的分面設(shè)計和系統(tǒng)化建模思維，這樣不但可以避免整體建模過程中的失誤，也保證了前翼板凸包、反翹腰線、鼻線漸消面、A柱與引擎蓋過渡、引擎蓋與前保險杠的過渡等造型細節(jié)的順利完成。

2.2? 偏離訓(xùn)練難點與重點

影響CAID模型構(gòu)建的難度指標(biāo)主要包括思維難度和技巧難度兩部分，建模思維是模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，思維難度指的是前文整體的分面設(shè)計和建模規(guī)劃，技巧難度指的是局部對于CAID軟件系統(tǒng)命令的掌握與實際操作。如圖2所示，模型表面形態(tài)的復(fù)雜程度與建模難度無直接關(guān)系。三管連接是Rhino軟件運用中的典型案例，其外觀形態(tài)簡潔直觀，但對于缺乏系統(tǒng)規(guī)劃的初學(xué)者而言卻毫無建模思路，因為直接的命令操作不能達到模型的三管銜接要求與連續(xù)性過渡。要順利構(gòu)建該模型，需要進行分面設(shè)計以及相應(yīng)的特征線繪制以達到相鄰圓管的側(cè)面與側(cè)面，頂面與頂面之間的連續(xù)性要求。從模型外觀造型的復(fù)雜程度來對比，一些常見的機器人或坦克裝甲模型由很多細節(jié)零件組成，形態(tài)的復(fù)雜程度高于三管連接，但這類模型的構(gòu)建難度很低，因為完成機器人模型建模的思路簡單直接，只涉及幾處封閉曲線、布爾運算以及組合等命令，而三管連接模型雖然造型簡單但建模思路復(fù)雜，不但涉及邊緣分割和補面等命令，模型連續(xù)性還需要達到G2連續(xù)，需要進行前期的建模思路設(shè)計才能完成。

2.3? 碎片化技能訓(xùn)練，缺乏系統(tǒng)性和藝術(shù)性體現(xiàn)

工業(yè)設(shè)計是一個系統(tǒng)化的設(shè)計方案分析、完善、修改的并行工程，系統(tǒng)性的并行設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計的主要標(biāo)志，CAID方便快捷地將各個工程節(jié)點連接，是系統(tǒng)設(shè)計的信息傳播渠道。

本文所指的碎片化訓(xùn)練是指將系統(tǒng)性CAID模型構(gòu)建片面地理解為“建?！保@一問題在學(xué)習(xí)CAID的過程中具有很強的普遍性，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)CAID中設(shè)計者缺乏主觀能動性與形態(tài)藝術(shù)感，機械地完成模型構(gòu)建任務(wù)，沒有綜合性、系統(tǒng)性地分析所表現(xiàn)對象在整個設(shè)計過程中的意象特征，過于機械地依靠二維創(chuàng)意圖，沒有充分的發(fā)揮三維數(shù)字模型構(gòu)建人員的主觀能動性，最終使三維數(shù)字模型與二維前期創(chuàng)意草圖不符甚至存在矛盾。這一問題主要表現(xiàn)為整體比例不符或整體造型特征不符或局部造型細節(jié)不符三個特征，究其原因是因為忽略了產(chǎn)品造型設(shè)計是一項系統(tǒng)性的創(chuàng)意、構(gòu)思、數(shù)字表現(xiàn)以及合理性論證的工作，而CAID正是從二維平面構(gòu)思草圖到三維立體效果圖的轉(zhuǎn)換及表現(xiàn)推演工具。所以在進行Rhino等CAID訓(xùn)練時不能過度地進行碎片性的訓(xùn)練而忽視對系統(tǒng)性的形態(tài)把控能力的訓(xùn)練。

3? CAID課程的訓(xùn)練重點

CAID課程教學(xué)首先糾正忽視建模思維、偏離訓(xùn)練重難點、缺乏系統(tǒng)性三個誤區(qū)，要明確CAID課程定位不是計算機軟件運用或者工具探索，CAID的核心思想是建模思維、空間思維、工具使用和設(shè)計美學(xué)等因素的數(shù)字化綜合運用。針對以上所述的學(xué)習(xí)誤區(qū)，CAID教學(xué)應(yīng)優(yōu)化學(xué)習(xí)重點并制定系統(tǒng)性的訓(xùn)練方法，其目的是提高學(xué)生自主的軟件運用和綜合的形態(tài)感知能力，課程訓(xùn)練重點分為以下五個方面。

3.1? CAID課程中的思維建模訓(xùn)練

如果說學(xué)習(xí)工具命令的使用方法是學(xué)習(xí)CAID的基礎(chǔ)，那么樹立合理的建模思維是學(xué)習(xí)CAID的核心。CAID類系統(tǒng)為工業(yè)設(shè)計者提供了三維造型的計算環(huán)境，種類多樣，但成型原理大多基于NURBS的算法，只有具備合理的建模思維，才能熟練運用不同的軟件。建模思維就是數(shù)字模型制作步驟與方法的規(guī)劃設(shè)計，核心思想是特征面分析與拆解，把復(fù)雜形態(tài)簡化提煉成多單元組合。學(xué)習(xí)和運用Rhino等CAID軟件應(yīng)注意在建模前期對設(shè)計方案造型特點進行分析，并結(jié)合軟件相關(guān)命令的特點進行整體的步驟規(guī)劃，合理的分面可以準(zhǔn)確地表達設(shè)計意圖，提高模型質(zhì)量。

建模思路好壞既影響建模速度也影響建模質(zhì)量，甚至關(guān)系到建模的成敗，運用CAID進行工業(yè)設(shè)計模型構(gòu)建要樹立思考先于動手的建模意識，結(jié)合專用軟件的成型特點進行實踐設(shè)計，使傳統(tǒng)的、機械性的工具運用轉(zhuǎn)變成以設(shè)計師為主的創(chuàng)造性設(shè)計活動。

3.2? CAID課程中的識圖建模訓(xùn)練

創(chuàng)意設(shè)計師的構(gòu)思草圖多為透視的軸測圖，將創(chuàng)意草圖進行CAID構(gòu)建，需要對軸測圖的三維信息進行歸納分析并反映到相關(guān)的CAID軟件系統(tǒng)中，在CAID軟件系統(tǒng)中通過三視圖的繪制最終形成三維模型。由此可見，CAID模型構(gòu)建從形態(tài)表達這一層面來看是二維到三維空間思維轉(zhuǎn)換能力的訓(xùn)練。

識圖建模訓(xùn)練由識圖和建模兩個部分組成，識圖是對參考圖的形體特征分析與建模思維設(shè)計，是形態(tài)思維分析范疇，其目的是充分地了解二維創(chuàng)意草圖的三維特征;建模是實踐性的CAID模型構(gòu)建，是操作技術(shù)范疇，它是根據(jù)二維草圖或三維實物圖經(jīng)過造型關(guān)系分析進行CAID三維模型的建立。通過針對性的識圖建模案例訓(xùn)練提高學(xué)生的綜合造型分析和表現(xiàn)能力，參考圖片可以是實物照片或者草圖兩類，這兩類在實踐過程中存在一定的區(qū)別。如圖3、圖4所示，三維模型準(zhǔn)確地展現(xiàn)了創(chuàng)意草圖原型設(shè)計意圖，體現(xiàn)了設(shè)計者的空間思維能力和維度轉(zhuǎn)換能力。

3.3? CAID課程中的比例建模訓(xùn)練

比例是CAID模型構(gòu)建中很重要的尺度概念，是工業(yè)設(shè)計模型構(gòu)建的基本數(shù)據(jù)，是影響CAID模型構(gòu)建準(zhǔn)確度的前提。模型構(gòu)建過程中比例的準(zhǔn)確表現(xiàn)是造型細節(jié)的基礎(chǔ)，比例直接影響產(chǎn)品的態(tài)勢和情感內(nèi)涵，如圖5、圖6所示。在進行CAID課程訓(xùn)練的過程中應(yīng)提倡學(xué)生將工程制圖中的形態(tài)分析與讀圖的相關(guān)知識運用到比例建模這一環(huán)節(jié)，選擇比例明確的典型案例進行針對性的比例建模訓(xùn)練，強化學(xué)生對于形態(tài)比例的捕捉能力。CAID中的比例建模可以通過兩個途徑完成：第一，通過軸測透視草圖的造型分析得到方案的三視圖，導(dǎo)入傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)作為輔助參考圖形，該方法誤差小但缺乏工業(yè)設(shè)計模型構(gòu)建過程中數(shù)模師主觀的審美因素;第二，通過設(shè)計者對于軸測圖方案的三維空間與深度坐標(biāo)分析，直接通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)模型構(gòu)建，該方法可能形態(tài)表達誤差較大，但模型塑造過程可融入數(shù)模師的主觀審美因素，以上兩個構(gòu)建途徑優(yōu)缺點不同，所起到的訓(xùn)練目的不同。

3.4? CAID課程中的細節(jié)建模訓(xùn)練

細節(jié)細部出精彩，結(jié)構(gòu)見微妙，產(chǎn)品模型細節(jié)設(shè)計可以使產(chǎn)品造型更加豐富。在CAID課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多設(shè)計細節(jié)的訓(xùn)練沒有引起學(xué)生的重視，模型構(gòu)建只停留在空洞的整體形態(tài)的練習(xí)上，這種缺失造型細節(jié)的習(xí)慣會使學(xué)生逐漸喪失深入刻畫和細節(jié)把控的能力。同時，需要指出的是，在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中細節(jié)設(shè)計必不可少，它形成了工業(yè)設(shè)計模型構(gòu)建中的特定形態(tài)組成，如漸消面、銜接面、臺階面、折面、蛋形面、編織面、不等距圓角等，這些造型細節(jié)是基于設(shè)計和工藝的，具有特定曲面質(zhì)量要求和模型構(gòu)建方法。針對性地對產(chǎn)品慣用設(shè)計細節(jié)進行歸類總結(jié)并進行特定的方法訓(xùn)練可更好地使學(xué)生形成專業(yè)的模型構(gòu)建能力。

3.5? CAID課程中的曲率建模訓(xùn)練

曲率在數(shù)學(xué)領(lǐng)域表示曲線彎曲程度的量，在CAID模型中主要代表產(chǎn)品造型輪廓線或特征曲線的造型變化程度，在很多產(chǎn)品造型中曲線不是規(guī)整的圓形或橢圓形，而是局部發(fā)生變化的特異圖形，正是因為這些局部的不規(guī)則變化使整個形態(tài)設(shè)計更有特點和設(shè)計感。在實踐的手繪草圖繪制中所展現(xiàn)的曲線是流暢優(yōu)美的，而經(jīng)過三維模型構(gòu)建后形態(tài)就會發(fā)生變化失準(zhǔn)，這種情況普遍存在于形態(tài)感受能力較弱的同學(xué)中，因為正是被忽視的這種曲線曲率的微妙變化影響了產(chǎn)品形態(tài)的最終表達。所以，曲率建模在CAID課程中主要訓(xùn)練的是學(xué)生敏銳的形態(tài)感知能力，教師要針對性地選擇一些曲率變化微妙的產(chǎn)品進行曲率建模練習(xí);其次，在產(chǎn)品設(shè)計或者汽車設(shè)計的流程中，高質(zhì)量的A級曲面是產(chǎn)品開發(fā)流程中一個重要環(huán)節(jié)，它決定了工業(yè)設(shè)計模型構(gòu)建的質(zhì)量，其重點是確定曲面銜接過渡的品質(zhì)是否符合A級曲率的要求，進行特定的代表性曲面連續(xù)性的制作和方法講解是曲率建模環(huán)節(jié)的另一組成部分。

4? 結(jié)? 論

學(xué)習(xí)Rhino等CAID課程不僅僅是技術(shù)層面的硬件操作訓(xùn)練，更涉及到建模思維、形態(tài)分析、空間維度轉(zhuǎn)化等綜合造型能力的訓(xùn)練，在CAID教學(xué)中教師要避免常有的訓(xùn)練誤區(qū)并制定系統(tǒng)化的訓(xùn)練重點，使CAID課程教學(xué)更具有針對性。通過對CAID訓(xùn)練的優(yōu)化研究，得到以下結(jié)論：

（1）在CAID課程學(xué)習(xí)中，普遍存在缺少建模思維訓(xùn)練、缺少訓(xùn)練側(cè)重點和缺少系統(tǒng)性訓(xùn)練等問題，這些問題導(dǎo)致了CAID課程教學(xué)以工具為導(dǎo)向，使CAID模型構(gòu)建缺乏設(shè)計師的主觀能動性與創(chuàng)造性。

（2）CAID課程優(yōu)化包含思維建模、識圖建模、比例建模、細節(jié)建模、曲率建模五個訓(xùn)練模塊，使訓(xùn)練目標(biāo)更具針對性，使工業(yè)設(shè)計的模型構(gòu)建成為集思維、美學(xué)、科學(xué)為一體的創(chuàng)造性活動。使學(xué)生具有“以人為本，軟件為輔”的數(shù)字設(shè)計能力，使學(xué)習(xí)CAID課程不再深奧難懂。

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作者簡介：徐明亮（1983—），男，漢族，河北唐山人，講師，碩士，研究方向：工業(yè)設(shè)計、CAID計算機輔助設(shè)計等。