于文龍　高繁強　張明宇等

關鍵詞：三維建模；無人機遙感；教學改革；創(chuàng)新探索

中圖法分類號：TP391 文獻標識碼：A

近年來，隨著科技的高速發(fā)展，三維建模技術已日漸完善，不僅突破了二維平面單調(diào)展示空間信息的限制，并且為各行各業(yè)提供了更加直觀且真實的輔助決策技術支持。當前，鑒于受高校學生薄弱的知識基礎和欠缺的學習能力的影響，教師在設計教學內(nèi)容時側重于讓學生理解和掌握“無人機遙感”課程的原理和方法，但這部分學習需要學生具備較強的數(shù)理基礎，往往會忽視對學生空間思維的培養(yǎng)。在“無人機遙感”課程中，數(shù)理基礎和空間思維能力要求較高，導致學生理論學習較為吃力[1～3]。因此，本文以遙感科學與技術專業(yè)中的“無人機遙感”課程作為“示范項目”，大膽嘗試將“三維建模平臺”與“無人機遙感”課程相結合，采用“理論導向，三維驅動”理論和實際一體化的教學模式，注重學生空間思維能力的培養(yǎng)，通過改變傳統(tǒng)遙感科學與技術專業(yè)學生的授課方式，提升學生的學習興趣，最大限度地做到學以致用，以期提高教學質量。

1三維建模的現(xiàn)狀與發(fā)展

三維建模是通過計算機處理和表示，對三維建筑物建立數(shù)學模型，以此表達和建立真實世界的虛擬現(xiàn)實。從嚴格意義上講，三維建模技術并不是一種很新的技術，在國外，地質建模早已發(fā)展了幾十年，中國的相關技術發(fā)展也可追溯到20世紀80年代。以往的三維建模多用于視覺檢測方面，但隨著三維建模技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)應用在虛擬現(xiàn)實、生物醫(yī)學、建筑等方面，為推進和建設數(shù)字化城市創(chuàng)造了較為豐厚的經(jīng)濟效益。物理三維建模是計算機幾何設計、計算機動畫以及計算機圖形學等領域的核心技術，其獨到的管理龐大空間對象的能力及空間分析的能力，可以彌補遙感在三維數(shù)據(jù)薄弱以及空間分辨率低等方面的不足，以提高其解決行業(yè)用戶核心需求的能力。

隨著各項大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，三維建模將來會在智慧城市、數(shù)字校園等領域發(fā)揮舉足輕重的作用，同時可以滿足高校教師、科研人員以及專業(yè)學生的學習需求。

2“無人機遙感”課程的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著遙感技術的發(fā)展，各個專業(yè)領域對遙感數(shù)據(jù)的需求逐漸增加，但數(shù)據(jù)獲取的手段相對不足，此時，以無人機為空中遙感平臺的遙感技術應運而生。無人機遙感技術是一種新型的航空攝影測量的方式，它具有續(xù)航時間長、實時影像傳輸、探測高危地區(qū)、成本低等優(yōu)點，但是由于“無人機遙感”課程教學內(nèi)容較強的理論性和空間性，不易被學生接受，很難達到預期的教學效果。在以往的教學過程中，“無人機遙感”課程的講授以相關理論為主，或是結合相關實際應用進行簡單介紹，過程枯燥無味，教學效果較差。另外，一些高校經(jīng)濟基礎較差，無法搭建相關實驗室以滿足實踐需要，使得理論與實踐相脫節(jié)。

針對上述問題，對于“無人機遙感”課程的講授，如何生動且聯(lián)系實際顯得尤為重要。因此，在設計本課程的教學內(nèi)容時，通過無人機遙感拍攝的航空影片來進行三維建模，構建相關平臺應用于“無人機遙感”課程，以增強學生空間想象力和理解“無人機遙感”課程相關知識的能力?？梢酝ㄟ^“地理信息服務綜合管控平臺”案例來展示和存儲地理信息，進行“無人機遙感”課程的講授，其能夠很好地融合該課程概念抽象、較難理解的特點，給學生帶來更直觀的體驗，便于他們理解和掌握相關技巧，進而提高教學質量。

3三維建模平臺在“無人機遙感”課程中的應用及未來

3.1三維建模平臺在“無人機遙感”課程中的導入

雖然在傳統(tǒng)的日常教學過程中，已經(jīng)引入了部分基于傾斜攝影測量的半自動建模技術相關的教學內(nèi)容，但這項技術聽起來就較為乏味枯燥，仍需結合現(xiàn)實生活中大量的無人機遙感相關的內(nèi)容進行教授。為了破除傳統(tǒng)教學的弊端以及彌補教學過程中存在的不足，對于“無人機遙感”課程而言，課程內(nèi)容的設計尤為重要。教師可對課程內(nèi)容進行必要的調(diào)整，提高學生解決實際遙感問題的能力。授課教師可挑選學生熟悉的場景，現(xiàn)場展示并講解數(shù)據(jù)的采集方法，以及三維模型的創(chuàng)建流程，加深學生學習印象，改善學生對于當前行業(yè)發(fā)展階段的認識，能夠有效提高學生對于實習的積極性。

如圖1所示，在“無人機遙感”課程中引入三維建模，可生動直觀地講解無人機遙感的內(nèi)容，并將無人機遙感、遙感的應用，通過三維建模的模式進行講解，相較于傳統(tǒng)的無人機理論教學，其更直觀、形象、立體、生動，更易讓學生理解，同時擴展學生關于本課程的學習空間。在教師講授過程中，通過山東交通學院自主研發(fā)的軟件平臺，獲取物體表面的點云數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)進行預處理、拼接等，得到物體真實的三維形狀，不再是機械地進行圖片和理論知識講解，讓學生在這個過程中真正地融人教學中，學到相關知識。

3.2三維建模平臺在“無人機遙感”課程中的應用

在遙感科學與技術專業(yè)學習過程中，認知實踐部分是不可或缺的，三維建模知識被引入“無人機遙感”課程中，能夠強化無人機遙感數(shù)據(jù)展示的意義，從而進一步培養(yǎng)學生的實際操作能力[4]。在“無人機遙感”課程講述中，授課教師挑選典型事例，結合實際三維建模平臺，采用“理論導向，三維驅動”理論和實際一體化的教學模式，以真實場景來開展啟發(fā)式教學，讓學生對其所學的“無人機遙感”課程理論方法的應用有更加深刻的認識。通過無人機拍攝真實校園全景照片進行三維建模，通過熟悉的場景引導，激起學生求知的渴望。與此同時，基于三維建模的復合式教學，可以降低教學成本，提高教學效率。如圖2所示，在案例分析課上，將三維建模的真實校園場景和無人機遙感基礎理論引入課堂進行交流和討論，引導學生積極思考，由被動學習轉換為主動學習，使其自發(fā)地學習新技術。通過教師教與學生學的相互結合，引導學生自主發(fā)展，大大提高他們的空間感知思維，并改善學生對于當前行業(yè)發(fā)展階段的認識，能夠有效提高學生對于實習的積極性。

3.3三維建模平臺在“無人機遙感”課程中的未來

在這個高新技術迅速發(fā)展的時代，人們對于數(shù)字與媒體的需求也變得越來越多[7]。三維建模技術能使人們更好地與現(xiàn)實世界的事物相聯(lián)系。在大數(shù)據(jù)背景下，三維建模平臺的發(fā)展前景十分廣闊，且具有一定的生存空間，或將成為發(fā)展的主流趨勢。與此同時，三維建模技術將來為“無人機遙感”課程提供的服務會越來越便利。在不久的將來，三維模型建模技術將會更多地融人“無人機遙感”課程。但是，如何將三維建模平臺和“無人機遙感”課程較好地融合在一起，還需要教師進行相關探究和技術轉化。

4結束語

鑒于“無人機遙感”課程教學中存在的多個難點，本文嘗試將三維模型平臺與“無人機遙感”課程有機結合，使整個教學過程更加有趣和直觀，從而激起學生學習遙感技術的興趣，提高教學質量，達到教學目的，進而培養(yǎng)學生對無人機遙感的應用能力。實踐時，授課教師挑選典型案例，現(xiàn)場展示并講解實景三維建模平臺搭建流程，以及數(shù)據(jù)的采集，加深學生學習印象，改善學生對于當前行業(yè)發(fā)展階段的認識，能夠有效提高學生對于實習的積極性。在后續(xù)的教學過程中，還將繼續(xù)開展基于相關技術的課程建設，探索高效的課程教學機制，真正滿足教書育人的基本要求，從而更好地服務于遙感科學與技術專業(yè)人才的培養(yǎng)。

隨著無人機遙感技術的更新，社會對人才需求也不斷變化，三維建模技術為課程改革提供了支撐條件。高新技術應用于遙感科學與技術專業(yè)教學，使學生在未來就業(yè)環(huán)境中具有一定的核心競爭力與技術優(yōu)勢。培養(yǎng)適應時代需求的新基建型人才是當前社會經(jīng)濟發(fā)展的根本目標，要不斷改革與完善。高校還應開展以學生發(fā)展為目的的實踐性教學，增強校企友好合作關系，為學生實習提供良好的環(huán)境，有助于學生積累實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)學生的綜合能力，為學生將來的工作奠定堅實的基礎。

作者簡介：

于文龍（1984—），博士，講師，研究方向：計算機圖形學、人工智能機械學習、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡、基于智能手機的災害實時地圖生成。