錢真卿 邵梅芳

摘要：計算機輔助工業(yè)設(shè)計屬于信息技術(shù)的數(shù)字化、可視化的建設(shè)方法。犀牛軟件Rhinoceros作為一款功能強大、易學精確的三維建模軟件，已成為職業(yè)院校計算機輔助工業(yè)設(shè)計軟件教學基礎(chǔ)課程內(nèi)容，但在實際教學中也存在一些常見問題，需從教學內(nèi)容、教學應用等方面進行進一步探索，激發(fā)學生學習興趣，使其掌握軟件設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識和具備初步實踐能力，促進學生開展獨立性思考和主動性實踐，培養(yǎng)全局和開放性創(chuàng)新設(shè)計思維。

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

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.107

工業(yè)設(shè)計是在科學、藝術(shù)、美學與技術(shù)相互滲透交叉的過程中形成的，以機械化方式生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品為研究對象的新興綜合學科。隨著信息時代的到來，隨著對產(chǎn)品的可靠性、時效性、多樣化、個性化等瞬息萬變的市場需求，計算機輔助工業(yè)設(shè)計CAID應運而生。

計算機輔助工業(yè)設(shè)計CAID，即在計算機及其相應的計算機輔助工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)的支持下，進行工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的各類創(chuàng)造性活動。它是以計算機技術(shù)為支柱的信息時代環(huán)境下的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計相比，CAID在設(shè)計方法、設(shè)計過程、設(shè)計質(zhì)量和效率等各方面都發(fā)生了質(zhì)的變化。計算機輔助工業(yè)設(shè)計CAID主要包括數(shù)字化建模、數(shù)字化裝配、數(shù)字化評價、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，實際上就是設(shè)計軟件的應用。工業(yè)設(shè)計中，計算機輔助設(shè)計軟件應用涉及的主要有設(shè)計構(gòu)思、確定方案、設(shè)計制圖、優(yōu)化效果、模型制作等方面。在早期的計算機輔助工業(yè)設(shè)計中，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，但隨著計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，這些平面2D輔助工業(yè)設(shè)計的軟件系統(tǒng)被逐漸排除在CAID范疇之外。在工業(yè)設(shè)計中出現(xiàn)了各種各具特點的三維建模設(shè)計軟件，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)、功能強大但又非常小巧的3D造型軟件，大小僅100M左右，對硬件要求很低。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，這款可以滿足復雜結(jié)構(gòu)設(shè)計，使設(shè)計理念、設(shè)計情境、設(shè)計知識盡情完美發(fā)揮的建模設(shè)計軟件得以被關(guān)注、認識、重用和喜愛，目前已成為工業(yè)設(shè)計專業(yè)的第一軟件，被廣泛應用于建筑、家居、三維動畫制作、機械設(shè)計等各個領(lǐng)域。

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

2現(xiàn)階段犀牛軟件教學中存在的問題

2.1重技術(shù)輕理論，部分學生基礎(chǔ)命令概念混淆

犀牛軟件作為一門計算機輔助三維建模設(shè)計軟件，其基本建模命令由點、線、面、體四類組成，常用命令多達六十二個，故在日常課程教學中，教師應避免進入直接傳授軟件技術(shù)而理論教學簡單化的誤區(qū)。一般對于軟件課程，教師在教學模式上更注重實踐，會一上來就直接講授軟件工具操作，但由于犀牛軟件涉及點、線、面、體的基本建模命令眾多，且有些學生在日常課程學習中，沒有養(yǎng)成記錄課堂筆記的習慣和方法技巧，特別是一些基礎(chǔ)命令的使用和操作記錄，容易導致因概念模糊混淆而在實際曲線、曲面、實體設(shè)計操作和建模時，感到無從下手，一籌莫展。

2.2學習能力和未來規(guī)劃不足，導致學習動力缺乏

按照既定式教學計劃，每周十幾個課時的階段性學習，需要學生溫故而知新，但對于自主學習和自制能力差的學生，由于缺乏課堂理論知識的復習，缺乏上機實踐操作設(shè)計的熱情和練習，等下周再上課時，上周的學習內(nèi)容已基本遺忘；也有的學生對自己的未來發(fā)展就業(yè)無明確方向或規(guī)劃不同，加之對諸多基礎(chǔ)建模命令學習的畏難情緒，故導致學習動力缺乏，對軟件課程無興趣。

2.3學習成效不一，未形成全局性建模思維

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

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

3犀牛軟件實踐教學探索

計算機輔助工業(yè)設(shè)計犀牛軟件教學課程，作為面向職業(yè)院校設(shè)計類學生的一門軟件專業(yè)基礎(chǔ)課，根據(jù)課程教材和教學目標，結(jié)合學生實際情況，進行犀牛軟件Rhinoceros的教學探索和實踐，旨在通過課程軟件教學，使學生掌握軟件設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識，具備運用計算機輔助軟件進行設(shè)計繪制和掌握運用計算機輔助設(shè)計技術(shù)的初步實踐能力。在理論與實踐學習中，激發(fā)學生開展獨立性思考和主動性實踐，培養(yǎng)學生全局布構(gòu)和開放性設(shè)計創(chuàng)新思維。

3.1注重教案及PPT課件理論教學，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)重實際講解及動手操作外，還應重視教案、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時間里，學生反復提問基礎(chǔ)命令和操作步驟，教師進行重復式講解和演示。教師可以利用PPT課件、教案手冊等所展示的理論概念、創(chuàng)作理念和實踐操作步驟，使學生系統(tǒng)地了解課程內(nèi)容、命令要義和步驟規(guī)范，同時在課后練習操作時做到有案可查、有章可循。

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

3.2精選教學內(nèi)容和案例，解構(gòu)分析重實踐

精心遴選具有典型性、專業(yè)代表性且學生比較熟悉的、比較直觀的模型案例，由簡至繁，通過對模型案例的解構(gòu)講解，加深學生對各基礎(chǔ)命令應用操作的認知。在典型案例教學中，涵蓋重點知識點，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，使學生在反復實踐練習中理解、掌握相關(guān)知識點，掌握命令要義，并能熟練操作點、線、面、體等常用命令。

采用靈活多變的多元化教學模式。例如，前期可以要求學生手繪涵蓋基本常用命令的實物簡易模型圖。在教學中，用手繪圖形設(shè)計可以防止學生只依賴于計算機進行簡單的拼接、排版操作，手繪與計算機的結(jié)合可以使學生不斷構(gòu)思新的產(chǎn)品立意，不斷推敲產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有助于學生綜合考慮建模時的難易程度和需注意的節(jié)點，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)置實踐任務，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、鑒定評優(yōu)。通過前期案例認知和后期任務實踐結(jié)合的教學方式，培養(yǎng)學生感性創(chuàng)造思維和理性設(shè)計創(chuàng)作的綜合應用水平。在教學理論和實踐中，產(chǎn)生興趣投射，引領(lǐng)學生在今后學習中開展獨立性思考和主動性探索實踐，培養(yǎng)學生的交流能力和團隊合作精神。

3.3制定合理教學目標，探索應用拓思維

在軟件教學中，對單個命令的逐一學習，雖簡單但很繁瑣，教師可以由淺入深，依據(jù)課程教材，同時考慮到學生來自不同的地區(qū)，以前有著對計算機不一樣的認知和實踐，需要分類教學、因材施教。根據(jù)產(chǎn)品不同的設(shè)計建模要求，制定出合乎軟件課程教學和該班學生實際情況的教學目標，設(shè)定的目標不能過高，也不能過低，應保持在適合大部分學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，它獨辟蹊徑地建立了專門的二維窗口，默認其二維建模的窗口和透視窗口是結(jié)合在一起的，能夠服務于三維建模。在實際教學中，教師應首先消除學生對于三維建模軟件的畏懼感，通過構(gòu)建辨識度高的產(chǎn)品記憶點、解構(gòu)重組產(chǎn)品，逐步引發(fā)學生對教學內(nèi)容的好奇心，集中注意力，驅(qū)動自主學習；其次，通過運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)風格模式、半透明模式等多個常用的格式，使學生觀察產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，獲得想要的預覽效果。在實際運用中，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的即時渲染模式，無需復雜的設(shè)定即可產(chǎn)生與相片一樣真實的3D渲染影像。所見即所得，非常直觀、便捷。安裝渲染插件，能使學生制作的模型獲得最佳的渲染效果，使學生在一個個小的成果中產(chǎn)生成就感，進一步激發(fā)學生求知欲和探索欲，培養(yǎng)學生綜合設(shè)計分析能力。在理論設(shè)計、實踐操作中，逐步培養(yǎng)學生的建模全局思維和開放型創(chuàng)新設(shè)計思維。

4結(jié)語

計算機輔助工業(yè)設(shè)計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)計數(shù)字化、信息化，最終達到提高設(shè)計效率和質(zhì)量的目的，信息化時代下計算機輔助工業(yè)設(shè)計是一種非常先進的設(shè)計理念。犀牛軟件Rhino作為一款功能強大、易學精確的三維建模軟件。從一個簡單的想法構(gòu)思到設(shè)計稿，直至實際產(chǎn)品，都可以精確制作出所有圖紙、立體動畫和模型。

在計算機輔助工業(yè)設(shè)計犀牛軟件的課程教學上，應堅持理論知識傳授和學生自主實踐相結(jié)合，強調(diào)啟發(fā)式、研討式多元化教學，大量的實踐練習由淺入深，因材施教。使學生通過熟練運用各種命令和特效工具，通過分割與合并，通過對多個參數(shù)和控制點的調(diào)節(jié)把握，看到平時難以想到或看到的現(xiàn)象，豐富立體思維，使學生受到啟發(fā)、獲得靈感，進而培養(yǎng)學生建立設(shè)計全局性觀念和創(chuàng)新理念，把設(shè)計宗旨和含義包容于設(shè)計內(nèi)容之中，更形象、更充分地傳達和體現(xiàn)產(chǎn)品理念和創(chuàng)意，制作出更多真實美感的產(chǎn)品模型。

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