第一篇：計算機輔助設(shè)計幾何課程論文資料

基于三角網(wǎng)格的網(wǎng)格變形綜述

作者：謝育鋼 學(xué)號：1400203026

摘要：網(wǎng)格變形作為一種幾何模型交互編輯技術(shù)在幾何建模和計算機動畫中具有重要價值。近年來，網(wǎng)格變形技術(shù)得到了國內(nèi)外研究者的極大關(guān)注,且在逆向工程、模擬仿真、工業(yè)品創(chuàng)新設(shè)計及計算機動畫等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。模型表面的細節(jié)信息是模型特征的一個重要內(nèi)容，在網(wǎng)格變形中需要保持這些信息的局部不變性，變形才能有效，符合實際效果。從骨骼變形、曲面變形、空間變形 3個方面對各種經(jīng)典的網(wǎng)格變形算法進行描述和比較，并提出結(jié)論。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格變形 Laplacian坐標(biāo) 空間變形 梯度場

引言

網(wǎng)格變形是通過用戶輸入編輯操作，幾何模型發(fā)生相應(yīng)修改的幾何處理技術(shù)。隨著3D 掃描技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜形狀的網(wǎng)格曲面模型相關(guān)技術(shù)的研究已成為曲面編輯的主流，其在CAGD(計算機輔助幾何設(shè)計)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，基于傳統(tǒng)規(guī)則形狀特征(平面和二次曲面表示的曲面)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)在功能及外形上的需求，自由曲面形狀特征的應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計日益廣泛與深入。利用自由形狀特征，設(shè)計師可以設(shè)計出各種復(fù)雜多樣的品模型，以滿足現(xiàn)代工業(yè)的設(shè)計要求。顯然，自由形狀特征更加復(fù)雜的幾何元素，更多的自由度等特點，并且實現(xiàn)模型的建模與處理遇到困難。

然而，目前游戲動畫領(lǐng)域已積累了大量的三維數(shù)字化模型，利用現(xiàn)有的模型重通過變形處理新編輯出新的模型將大大提高設(shè)計師的建模效率，從而設(shè)計復(fù)雜的模型，提高工作率。實現(xiàn)自由形狀特征的設(shè)計重用具有重要的意義。從早期的自由曲面變形（FFD）、骨骼蒙皮變形、到近年來流行的微分域(differential domain)網(wǎng)格變形，國內(nèi)外研究人員不斷提出新的有效的網(wǎng)格變形算法并將網(wǎng)格變形技術(shù)應(yīng)用到各種應(yīng)用問題中。文獻

[1, 2]

對基于拉普拉斯(Laplacian)變形為主的梯度域網(wǎng)格變形從變形能量的相關(guān)性分析和細節(jié)保持性等角度進行了較為系統(tǒng)的綜述。本文進一步對其他變形技術(shù)，如自由曲面變形，骨骼蒙皮變形研究進行分析，以助對網(wǎng)格變形處理技術(shù)更深一步的理解及研究。

1基于骨骼的蒙皮變形

蒙皮是一種基于局部操作的表面變形算法, 該方法可以通過圖形化界面為每個皮膚頂點指定對應(yīng)的骨骼以及對應(yīng)的權(quán)重?！懊善ぁ彼惴ㄋ俣容^快, 但是在指定權(quán)重時需要動畫師具有一定的經(jīng)驗?！懊善ぁ狈椒ū举|(zhì)上是一種插值算法, 其基本原理可以用下式表示:

v????MDiii?1n?1iv

??i?1ni?（1-1）

其中, v是變形前的皮膚頂點坐標(biāo), Mi 表示在初始參考姿態(tài)下與皮膚頂點相關(guān)的第i段骨骼的由局部坐標(biāo)到全局坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣, Di?1v表示在第i段骨骼局部坐標(biāo)系中皮膚頂點的坐標(biāo)值, ?i表示第i段骨骼對于當(dāng)前頂點的權(quán)值, v?表示變形后的皮膚頂點坐標(biāo)?！?蒙皮”算法的基本思想是使關(guān)節(jié)附近的皮膚頂點同時受到與關(guān)節(jié)相鄰的兩段骨骼的影響, 影響的大小由權(quán)值?i確定。

早在1972年，Catmull就提出骨骼驅(qū)動的動畫技術(shù)。1988年，Thalmann提出基于定制函數(shù)的3維骨骼蒙皮技術(shù)將皮膚的運動看成潛在骨骼的函數(shù)。關(guān)節(jié)依賴的局部變形是最早的骨架驅(qū)動的皮膚變形方法，又稱骨架子空間變形（SSD）。SSD技術(shù)可以由以下公式表達：

v??[3]

[4]

?wtv

（1-2）

ijjij?1s其中vi,vi?分別表示變形前后的網(wǎng)格頂點，下標(biāo)j表示骨架上第j個控制單元所對應(yīng)的量，s代表骨架上的控制單元個數(shù)，tj代表作用于該控制單元的局部變換，可以由用戶輸入，也可以從運動捕獲等途徑輸入，wij是加權(quán)權(quán)重，表示骨架對網(wǎng)格頂點的影響程度。SSD計算速度快，但變形效果受加權(quán)權(quán)重wij的影響，常常會出現(xiàn)幾何丟失的情況。針對SSD方法的缺點,Lewis等綜合SSD方法和形狀插值提出了一種統(tǒng)一的皮膚變形方法,稱為姿態(tài)空間變[5]形（PSD）方法。PSD方法能有效地對SSD方法變形效果進行修正，可以模擬肌肉凸起以及皮膚折皺的效果,這是SSD等光滑皮膚變形方法無法企及的。Wang等人改進公式(1.1)中的[6]權(quán)值,對權(quán)值的維度進行了擴展,由一個標(biāo)量擴展為通過擬合用戶給定的樣本得到的12個

[7]權(quán)值。Ladislav等人通過改進式(1.1)中的線性插值計算方法,將局部變換用球形線性變換替換,得到了更好的變形效果。

2基于曲面的網(wǎng)格變形

2.1基于多分辨率

多分辨率變形算法是一種經(jīng)典的變形算法。該算法，先把原網(wǎng)格分解成低頻信號和若干個高頻信號網(wǎng)格。低頻信號網(wǎng)格相當(dāng)于網(wǎng)格的底層光滑模型，而高頻信號網(wǎng)格相當(dāng)于模型上的細節(jié)信息。通過多分辨率算法變形，實質(zhì)上是先對低頻信號網(wǎng)格（也叫基網(wǎng)格）進行變形，然后將高頻信號網(wǎng)格的細節(jié)信息重新整合在變形后的基網(wǎng)格上，達到最終的變形。高頻網(wǎng)格的層數(shù)越多，模型變形后的局部細節(jié)信息就越精確。當(dāng)然也會導(dǎo)致更多的儲存數(shù)據(jù)，使得整個變形處理花銷更大。[8]

圖1 圖1是多分辨率變形方法的算法框架圖。分析可知，多分辨率變形方法實質(zhì)上是線性變形方法與多層次分解方法的結(jié)合。多分辨率變形算法的魯棒性不夠，在大角度或其他特殊變形時候，變形結(jié)果不穩(wěn)定，即變形不自然。主要是由于把局部信息分層來表示模型細節(jié)，網(wǎng)格變形是對基網(wǎng)格，而不是整個網(wǎng)格，最終的變形是間接實現(xiàn)，在后來的細節(jié)還原時候就會導(dǎo)致不連續(xù)，不自然。此外，當(dāng)分層過多時候，明顯增加數(shù)據(jù)的存儲量，必然導(dǎo)致最終實現(xiàn)的延遲，不能很好的實現(xiàn)實時編輯。2.2基于微分坐標(biāo)

基于微分坐標(biāo)的變形技術(shù)是用微分坐標(biāo)（也叫拉普拉斯坐標(biāo)）表示模型的局部細節(jié)，在滿足用戶約束的條件下使模型編輯盡可能多的保持這些反應(yīng)幾何細節(jié)的微分坐標(biāo)。整個變形過程，主要分為兩部分：編碼和解碼。編碼是指把歐式空間中的網(wǎng)格頂點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到微分域的拉普拉斯坐標(biāo)。拉普拉斯坐標(biāo)本質(zhì)上將模型曲面的局部細節(jié)保存起來，再進行變形。解碼過程是通過拉普拉斯坐標(biāo)反求頂點在歐式空間中的坐標(biāo)，這過程通過求解一個稀疏線性系統(tǒng)來實現(xiàn)。

2.2.1離散拉普拉斯坐標(biāo)

給定具有n 個頂點的三角網(wǎng)格模型M?(V,E,F),V 為頂點集，E 為邊集，F(xiàn)為三角面片集合。設(shè)v1,?vn為點集V 中的點，對于每個頂點vi，用傳統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)表示，記vi?(xi,yi,zi)；用N(i)?{j/(i,j)?E}，表示第i點的1-ring 鄰域頂點構(gòu)成的集合，如圖2.1，定義vi處的拉普拉斯坐標(biāo)為：

?i?L(?i)??i?j?N(i)???ijj

(2-1)

?i?1dj?N(i)?(?i??j)

(??????1i??)dl(?)

圖2 均勻權(quán)微分坐標(biāo)和曲面的局部特征近似

其中, ?i為頂點vi的拉普拉斯坐標(biāo)，L(?)為網(wǎng)格的拉普拉斯算子，?ij為vj點相對于vi點的權(quán)值，且??ij?1。關(guān)于權(quán)值的計算方法很多，如均勻權(quán)值[9]、余切權(quán)值[10]、正切權(quán)值、彈簧權(quán)值等。本文只簡單介紹權(quán)均勻權(quán)值、余切權(quán)值。(1)均勻權(quán)值計算公式：

?ij?

1(2-2)di其中，di 為頂點?i 的度(鄰接頂點的個數(shù))，由于這種權(quán)值只是簡單的平均，故又稱為均勻權(quán)值。這種權(quán)重直接采用均勻權(quán)，與頂點鄰接三角面片的信息無關(guān)，往往不能滿足精度要求。(2)余切權(quán)值計算公式：

?ij?cot?ij?cot?ij(2-3)

其中,?ij、?ij 是邊?i、?j的兩個鄰接三角面片的對角，如圖2.2 所示。

圖3余切權(quán)值

網(wǎng)格變形歸結(jié)為如下位置約束的優(yōu)化問題：

min(?||?(?i?)??i?||???||pi??qi||2)(2-4)

2mm?i?i?1i?1方程經(jīng)過化簡，最終只需求解如下方程問題：

?L????? AV????V?????b(2-5)

?H??h?求解以上稀疏線性系統(tǒng)既可以求出變形后的頂點的坐標(biāo)，重新擬合成曲面，既可以實現(xiàn)變形操作。由于拉普拉斯坐標(biāo)只具有平移和比例不變性，不具有旋轉(zhuǎn)不變性（旋轉(zhuǎn)后法失方向發(fā)生改變，導(dǎo)致重構(gòu)曲面時候受到影響），容易發(fā)生扭曲變形。圍繞拉普拉斯變形的許多研究工作集中于如何更好地逼近未知的拉普拉斯坐標(biāo) ??，特別是處理拉普拉斯坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)問題Lipman[11]通過估計曲面的局部旋轉(zhuǎn)的方式重建變形曲面，即先基于原始拉普拉斯坐標(biāo)計

[12]算變形網(wǎng)格，基于變形網(wǎng)格求解每個頂點的局部旋轉(zhuǎn)并用該局部旋轉(zhuǎn)對最原始拉普拉斯坐標(biāo)進行變換，再根據(jù)新拉普拉斯坐標(biāo)重新求解變形網(wǎng)格。Zayer更新拉普拉斯坐標(biāo)。Zhou

[13]

則沿調(diào)和場傳播句柄變換以

將拉普拉斯操作從曲面擴展到其內(nèi)部，用所謂的體拉普拉斯坐標(biāo)的交互變形技術(shù)對由網(wǎng)格頂點構(gòu)成的3維投影控制曲線變形，并

[15]表示幾何細節(jié)，采用 Wire

[14]將控制曲線變換傳播到所有網(wǎng)格頂點以更新體拉普拉斯坐標(biāo)，求解類似的優(yōu)化問題得到變形網(wǎng)格，可以避免體積的不自然變化和局部自交。Lipman

提出基于局部坐標(biāo)架的離散形表示幾何細節(jié)，相鄰頂點的局部坐標(biāo)架的差可用其中一個頂點的坐標(biāo)架表示:

ijiijiijb1j?b1i??11b1??12b2??13Ni jiijiijiiji

b2?b2??21b1??22b2??23N

（2-6）

ijiijiijNj?Ni??31b1??32b2??33Ni

ij式中，系數(shù)?kl由原始網(wǎng)格的離散形確定，相鄰頂點構(gòu)成的邊向量也可用其中一個頂點的局部坐標(biāo)架表示:

?j??i??1b1??2b2??3N

??i,j??E

（2-7）

ijiijiiji式中系數(shù)?kij可由原始網(wǎng)格的離散形和局部坐標(biāo)架矢量決定。當(dāng)用戶交互指定句柄頂點及其旋轉(zhuǎn)變換后，通過兩步的稀疏線性系統(tǒng)的求解依次確定頂點的局部坐標(biāo)架和變形后的頂點坐標(biāo)。該方法雖然能健壯地產(chǎn)生高質(zhì)量的變形結(jié)果，但需要用戶指定句柄的旋轉(zhuǎn)變換，給使用者帶來了不變，限制了該方法的應(yīng)用特別是不適用于那些非交互的網(wǎng)格變形應(yīng)用。2.3基于梯度域

除了這些使用Laplacian坐標(biāo)來表示網(wǎng)格,并以此控制網(wǎng)格變形的方法之外, 還有以網(wǎng)格梯度場來表示的網(wǎng)格變形。Yu等人受到二維圖像上的Poisson編輯通過解此方程得到變形后網(wǎng)格的新頂方法進行更深入的研究[18]

[17]

[16]的啟發(fā),在網(wǎng)格曲面上建立起三角形的梯度,要求變形后的三角形梯度的散度變化最小,從而得到Poisson方程,。Xu等人將墓于Poisson的三角網(wǎng)格梯度場的變形

。Summer等人利用變形梯度來復(fù)制網(wǎng)格變形及基于網(wǎng)格的逆向運動學(xué)變形,他們將網(wǎng)格上的三角形通過新增一沿法向量的虛擬頂點擴展為四面體,然后以四面體變形前后的局部變換作為變形梯度來表示網(wǎng)格的變形?？梢宰C明基于三角形梯度場及變形復(fù)制的變形梯度在理論上是等價的[19]

?；谔荻葓龅木W(wǎng)格變形技術(shù),與基于Laplacian坐標(biāo)的網(wǎng)格變形技術(shù)一樣都是操作網(wǎng)格模型微分屬性的變形技術(shù),因此對于梯度場也需要估算其局部變換。前述的基于測地線、調(diào)和場等方法同樣適用于基于梯度場的局部變換計算。2.3.1網(wǎng)格上的標(biāo)量場

在網(wǎng)格M上任意頂點?i處取值f(?i)?fi，且在M上任意其它點v處取值為其中?i(?)是分段線性基函數(shù)，在頂點?i處取值為1，其他頂點?i(j?i)f(?)??fi?i(?)，i處取值為0。們稱函數(shù)f為定義在域網(wǎng)格側(cè)上的標(biāo)量場。顯然,域網(wǎng)格M的頂點坐標(biāo)的三個分量可視為定義在其自身之上的特殊標(biāo)量場。2.3.2矢量場分解

Hemlhotlz-Hdoge矢量場分解定理以分解為三個組成部分:

w??????v?h

（2-8）其中?是一個滿足??(??)?0的標(biāo)量勢場,v是一個滿足??(???)?0的矢量勢場，[3][20]

深刻刻畫了矢量場的內(nèi)在性質(zhì),該定理被認為是上個世紀最重要的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。這個定理描述的是位于任意區(qū)域幾內(nèi)的光滑矢量場w可h是一個滿足??h?0和??h?0的矢量場。?、v和h這三個分量又分別稱為無旋(Curi Free)分量、無散(Divergence Free)分量和調(diào)和(Harmonic)分量。2.3.3梯度算子

離散梯度算子的定義依賴于域網(wǎng)格一上的分段線性基函數(shù)的梯度??i(v),在此基礎(chǔ)上,我們定義域網(wǎng)格M上的標(biāo)量場f在任意一點??M處的梯度為:

?f(v)??f??(v)

（2-9）

iii在域網(wǎng)格M上的任意三角面片T?(v0,v1,v2)內(nèi)任意點v處, 其三個頂點處的分段線性基函數(shù)?0、?1和?2的數(shù)值等價于v點相對于三個頂點的重心坐標(biāo)分量。

頂點v0處的基函數(shù)?0的梯度向量：

??0?90190R(v2?v1)

（2-10）2AT其中R代表以三角面片T中心為原點,繞T的法向量逆時針旋轉(zhuǎn)90度, AT表示三角面片T的面積。容易看出,頂點v0的基函數(shù)的梯度向量的方向為對邊(v1,v2)的高的方向,模長為高的倒數(shù),且在整個三角面片T內(nèi)取值為常數(shù)。2.3.4散度算子

給定域網(wǎng)格M上的一個矢量場w,它在M的任一三角形Ti上取值為常數(shù)w=w(Ti),我們定義w在頂點vi處的散度為

?divw?(vi)?T?NT(vi)?w(T)???i|TAT

（2-11）

其中AT指三角形T的面積，??i|T為頂點vi處基函數(shù)的梯度。

2.3.5坐標(biāo)重建

顯式地轉(zhuǎn)換成編輯后網(wǎng)格模型的頂點坐標(biāo),這一過程稱為坐標(biāo)重建，可以歸結(jié)為求解如下的泊松方程:

?f?div(?f)?divw

（2-12）其中w來自梯度場,f為重建得到的坐標(biāo)分量,依次對x，y，z三個坐標(biāo)分量分別根據(jù)其對應(yīng)的梯度場求解泊松方程,我們就完成了坐標(biāo)重建的過程。實際上,公式(2.16)等價于如下的稀疏線性系統(tǒng):

Ax?b

（2-13）其中方程求解的未知向量x代表了重建網(wǎng)格的頂點坐標(biāo),系數(shù)矩陣A由域網(wǎng)格M決定。由于泊松方程的系數(shù)矩陣是不滿秩的,若方程未知數(shù)個數(shù)為N,其秩為N-1,因此我們必須至少固定一個頂點的坐標(biāo)作為邊界條件來使得系數(shù)矩陣滿秩,這樣泊松方程就有唯一解了。泊松方程本質(zhì)上求解的是一個全局最優(yōu)解。

3基于空間變形的網(wǎng)格變形

3.1自由變形技術(shù)

Sederberg和Parry首先提出了自由變形(FFD)的概念,其基本思想是把變形定義為從原始物體空間到目標(biāo)物體空間的三維映射。具體方法是通過將網(wǎng)格模型嵌入到變形晶格中(Lattice),通過控制變形晶格的頂點變化,達到對嵌入其中的網(wǎng)格模型進行變形的操作，即，通過對控制網(wǎng)格的頂點的位移向量作為系數(shù)進行三變量張量積插值表示3維變形場:

d(u,v,w)?[8]

????ijkcijkNil(v)Nkn(?)

（3-1）

在此方法中存在著兩個映射過程:首先將世界坐標(biāo)系中網(wǎng)格模型上的頂點坐標(biāo)映射到變形晶格所定義的局部坐標(biāo)系的對應(yīng)點(局部坐標(biāo));然后將變形后的局部坐標(biāo)系中的點映射回世界坐標(biāo)系中的頂點。后者映射采用了張量積Bemstein多項式,因此嵌入其中的網(wǎng)格模型變形趨勢與變形晶格的形狀是一致的。由于此變形方法的簡單,易操作,變形效果也符合一般應(yīng)用的要求,所以很早得被商業(yè)造型軟件所廣泛使用,一個典型的代表是Maya,見圖4。

圖4 此方法的基本思想成為后來眾多擴展的基礎(chǔ),僅僅是映射函數(shù)定義上的不同,就產(chǎn)生了許多變種。盡管做了寫改進，該方法在映射過程中需要通過復(fù)雜的數(shù)值方法求解，計算量太大，導(dǎo)致執(zhí)行效率不高。

Coquillart 等的方法使得包圍盒可以有更多的形狀選擇，如圓柱體、棱柱等。Ju等

[21]提出的基于廣義重心坐標(biāo)的網(wǎng)格編輯技術(shù)的思想，其主要是通過改變權(quán)值的計算方法實現(xiàn)的，該方法在編輯靈活性以及時間計算效率上都有很大的改進。Lipman等人提出了基于格林坐標(biāo)的自由變形技術(shù),此方法改進了均值坐標(biāo)僅僅插值網(wǎng)格頂點,增加了三角面片上的法向插值,因此能夠得到更好的自由變形效果,而且此方法有閉合的計算公式,只需線性解就能得到變形結(jié)果,因此效率上比調(diào)和坐標(biāo)好。

圖5

3.2基于徑向基函數(shù)RBFS的網(wǎng)格變形

基于散亂數(shù)據(jù)插值的徑向基函數(shù)插值技術(shù)可以生成光滑的插值曲面，被廣泛的應(yīng)用于曲面重構(gòu)等應(yīng)用。由一組中心點cj和相應(yīng)的權(quán)wj定義的三變量徑向基函數(shù)為：

f(x)??w?(cjjj?x)?p(x)

（3-2）

式中，?(cj?x)是定義在中心cj的徑向基函數(shù)，p(x)是保證精度的低次多項式函數(shù)Chai基于空間徑向基插值建立運動捕獲人臉模型和虛擬人臉模型的對應(yīng)以及人臉表情變

[23]形之間的對應(yīng)。Botsch等人定義類似的3維徑向基插值變形場，通過求解一個線性系統(tǒng)，得到作為未知變量的徑向基混合權(quán)和低次多項式的系數(shù)，從而確定變形場對嵌入其中的形體進行變形。[22]4結(jié)論

上述變形算法各有優(yōu)點，也各有自己的局限性。基于骨骼的蒙皮變形的骨架生成比較簡單，操作相對也簡單直觀，但對于骨架不明顯的模型，還需要結(jié)合其他的變形技術(shù)，而且骨架與皮膚的關(guān)系設(shè)定復(fù)雜，權(quán)重的設(shè)定往往需要反復(fù)試驗和調(diào)整，在細節(jié)保持方面比較差，在實時操作中計算復(fù)雜，未能達到快速實時變形操作。現(xiàn)存的骨骼蒙皮綁定技術(shù)都或多或少會使模型產(chǎn)生形變失真,尤其是在關(guān)節(jié)處,所以提高皮膚變形真實感和動畫實時性就成為綁定技術(shù)的目標(biāo)。而微分表示方法具有完備的離散微分算子集合,包括梯度算子、散度算子和Laplacina算子,而基于Laplacina坐標(biāo)的方法中只有Laplacina算子。因此,微分表示方法的理論基礎(chǔ)更為堅實。梯度算子的定義使得它能夠基于三角面片進行幾何分析,而基于Laplacina坐標(biāo)的方法則只能基于頂點的一環(huán)鄰域進行分析。由于三角面片是網(wǎng)格的最小組成單元,所以算法分析對象的粒度更小。自由變形技術(shù)的優(yōu)點是幾何直觀性很高,算法效率也較高。缺點是用戶變形的是代理模型所代表的幾何空間,而原始模型的形變是作為嵌入物體間接完成的,這導(dǎo)致了變形過程中容易出現(xiàn)幾個方面的問題:其一,由于變形后的頂點坐標(biāo)是逐頂點進行計算的,所以鄰接頂點的變形位移增量可能并不一致,因此不能保證變形結(jié)果中的幾何細節(jié)能夠被有效保持;其二,由于原始模型需要參數(shù)化到代理模型所表示的空間之中,因此代理物體的選擇直接影響變形效。

總而言之，空間變形技術(shù)、骨架驅(qū)動的變形技術(shù)在控制手段及形速度上,都能很好地勝任光順網(wǎng)格的變形,但對于細節(jié)豐富的網(wǎng)格模型,其變形質(zhì)量較差?；诰W(wǎng)格曲面的變形技術(shù)解決了變形質(zhì)量問題,但不便于變形控制且變形速度較慢。微分域方法以獨特的優(yōu)勢，已經(jīng)成為圖形學(xué)領(lǐng)域的熱點問題,新的擴展和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。雖然微分域方法的創(chuàng)建工作基本完成,理論基礎(chǔ)和應(yīng)用框架基本定，但是微分域方法中仍然存在一些關(guān)鍵難題,尚待解決。

參考文獻

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第二篇：課程規(guī)劃(計算機輔助設(shè)計)

課程教改規(guī)劃

-----計算機輔助設(shè)計課程

學(xué)院建設(shè)骨干校期間，對計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)提出了新的任務(wù)和要求，迫使計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和人才培養(yǎng)模式必須進行改革。計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)改革一方面必須從設(shè)計的實際出發(fā)．系統(tǒng)的講授計算機輔助設(shè)計基礎(chǔ)的相關(guān)基本知識。計算機輔助設(shè)計是計算機專業(yè)的一門專業(yè)實踐課程。對于計算機專業(yè)的學(xué)生，在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生快速精通多種計算機輔助設(shè)計軟件的使用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，通過經(jīng)典案例教學(xué)并結(jié)合國家職業(yè)資格考試針對性實驗，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)是教學(xué)的重點。

一、順應(yīng)市場需求，確定人才培養(yǎng)目標(biāo)

針對目前人才市場的需求變化，怎樣培養(yǎng)出具有綜合性設(shè)計策劃、實施能力的應(yīng)用型人才，就成為高等職業(yè)教育中不容忽視的課題。這就要求我們構(gòu)建一個既強調(diào)計算機輔助設(shè)計與數(shù)字技術(shù)、職業(yè)素養(yǎng)與技能并重，又強調(diào)課程教育和課題實踐并行的教育培養(yǎng)模式。有針對性地構(gòu)建學(xué)生的知識、能力、索質(zhì)結(jié)構(gòu)，強化崗位知識的學(xué)習(xí)和運用，完善、充實教學(xué)內(nèi)容。這樣，學(xué)生走上工作崗位后，上手快、動手能力強，經(jīng)過一段時間的磨練，可成為廣告藝術(shù)設(shè)計方面的技術(shù)人才。

二、科學(xué)合理構(gòu)建課程體系，制定和完善教學(xué)大綱

在課程設(shè)置、學(xué)時分配、實習(xí)實訓(xùn)等內(nèi)容上，結(jié)合專業(yè)方向及培養(yǎng)目標(biāo)。緊緊圍繞把學(xué)生培養(yǎng)成具有實干精神和創(chuàng)新意識的應(yīng)用型、技能型專門人才的要求，作為制定教學(xué)大綱的宗旨，根據(jù)市場要求和高職教育的要求，對課程進行調(diào)整、整合，對課時進行科學(xué)合理的調(diào)整，對課程教學(xué)大綱進行改革、創(chuàng)新?；诟叩嚷殬I(yè)教育的這一特色，所以必須加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實踐能力，突出綜合素質(zhì)培養(yǎng)，強化崗位技術(shù)教育。目前，本校的計算機計算機輔助設(shè)計課程完全采用實踐式教學(xué)，可提高學(xué)生的動手能力、分析問題、解決問題能力和綜合素質(zhì)。并在完成基礎(chǔ)課程教學(xué)之后增加了兩周的課程設(shè)計實訓(xùn)，使學(xué)生對所學(xué)知識加以鞏固，提高技能操作的熟練程度，增強實際應(yīng)用能力，讓學(xué)生懂得活靈活用。

三、計算機計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)改革的措施

首先，加強計算機計算機輔助設(shè)計基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)。

計算機計算機輔助設(shè)計課程的學(xué)習(xí)中會涉及諸多理論知識。因此，完全有必要使學(xué)生熟悉了解基礎(chǔ)的平面廣告理論知識，開闊視野，面向市場來認識計算機輔助設(shè)計。我們的課程教學(xué)要讓學(xué)生擁有良好的理餌能力和表達能力以及豐富的市場知識和健全的法規(guī)意識，準(zhǔn)確的說這就是計算機輔助設(shè)計的基本要求。它包括理解的準(zhǔn)確和表達的準(zhǔn)確。所以在課程教學(xué)中，應(yīng)要求學(xué)生必須擁有很強的實際操作能力，特別是電腦的設(shè)計應(yīng)用能力。包裝自己作品的意識也是計算機輔助設(shè)計專業(yè)人員必備的。優(yōu)美的文字說明、作品的裝裱、從容對客戶解釋創(chuàng)意來源、正確評論他人的作品都屬于計算機輔助設(shè)計專業(yè)人員的包裝技巧。這些意識在學(xué)生課題設(shè)計和實訓(xùn)設(shè)計中均要得到加強，培養(yǎng)學(xué)生從多學(xué)科的角度看待廣告作品的內(nèi)涵與表現(xiàn)，深入分析作品，為自己的計算機輔助設(shè)計提供經(jīng)驗。

其次，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強學(xué)生的參與意識，提高學(xué)生創(chuàng)作能力。

將課程調(diào)整重點放在圖形創(chuàng)意上，可以采用多媒體和幻燈等現(xiàn)代化教學(xué)手段。通過大量欣賞中外優(yōu)秀的平面廣告設(shè)計的創(chuàng)意圖形，引導(dǎo)學(xué)生對作品的字圖形、色彩、結(jié)構(gòu)等進行大膽地變形，打散重新構(gòu)成，并運用形象法，意象法，裝飾法等手法大膽聯(lián)想，以抽象或具象圖形創(chuàng)構(gòu)新的圖形；讓平面圖形設(shè)計從二維平面，走向三維空間，學(xué)會運用混維的創(chuàng)意手法，使圖形的表現(xiàn)空間得到進一步的拓展。

最后，加強校企結(jié)合，有效利用校外專業(yè)實訓(xùn)基地。

校企合作培養(yǎng)模式是以探索開發(fā)和提高學(xué)生適應(yīng)能力為前提，共享資源，共建培訓(xùn)基地和實習(xí)實踐基地，共同制訂學(xué)生培養(yǎng)方案的一種緊密型實質(zhì)性的辦學(xué)模式，是企業(yè)、學(xué)校、學(xué)生三方共同滿意的辦學(xué)模式有利于實現(xiàn)高等職業(yè)教育校內(nèi)教學(xué)與校外教學(xué)的深度融合，是提升高等職業(yè)教育水平的必然選擇，也是創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的主要內(nèi)容。

總之，只有強調(diào)計算機輔助設(shè)計與社會、文化、經(jīng)濟相結(jié)合，才能夠培養(yǎng)面對現(xiàn)代各種挑戰(zhàn)進行戰(zhàn)略性思考和決策的計算機輔助設(shè)計人才。

第三篇：計算機輔助設(shè)計課程心得體會

五、課程設(shè)計的心得體會

本學(xué)期我們開設(shè)了《計算機輔助設(shè)計（三維）》課程，本門學(xué)科屬于輔助設(shè)計軟件，其實用性很強，對我們的專業(yè)有很強的聯(lián)系。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行。”學(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期即將結(jié)束之際，緊接著來一次3dmax課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對3dmax軟件的認識，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。從選題到定稿，從理論到實踐，在整整一個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到 了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié) 合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力

這一周的課程設(shè)計，先不說別的，就天氣而言，確實很艱苦。人在低溫下的反應(yīng)是很遲鈍的，手都凍僵了無法很好的活動。天氣本身很冷，故在上機操作時，真是艱熬，坐下來才一會，就全身涼透，但是凜冽的寒風(fēng)擋不住我們求知、探索的欲望。通過我們不懈的努力與切實追求，終于做完了此次課程設(shè)計。

在這次課程設(shè)計過程中，我也遇到了很多問題。比如在建模時遇到一些復(fù)雜的模型，我也能靜靜的用心去想，希望能找到更好的建模方法，最后還是如愿以償?shù)耐瓿闪宋覀€人對它的制作。但在材質(zhì)和燈光的處理上不是那么一帆風(fēng)順了，經(jīng)過同學(xué)的幫忙和自己的慢慢摸索最后做出這樣的效果，但終于做出來的效果并不是那么完美的，還有很多缺陷，感覺很慚愧。這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多，不僅是鞏固了先前學(xué)的3dmax的理論知識，而且也培養(yǎng)了我的動手能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。希望今后類似這樣課程設(shè)計、類似這樣的鍛煉機會能更多些。

最后我要感謝陳老師在本次課程設(shè)計過程中給予我的幫助，是陳老師不畏寒冷的天氣每日都來監(jiān)督我們作課程設(shè)計，才使我們順利的完成此次課程設(shè)計。

首先我先談?wù)勛鲈O(shè)計與做工業(yè)設(shè)計的區(qū)別。

設(shè)計是把一種計劃、規(guī)劃、設(shè)想通過視覺的形式傳達出來的活動過程。有目標(biāo)有計劃的進行藝術(shù)性的創(chuàng)作活動。可分為商業(yè)性質(zhì)和藝術(shù)性質(zhì)兩大類。

工業(yè)設(shè)計的定義是“就批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品而言，憑借訓(xùn)練、技術(shù)知識、經(jīng)驗及視覺感受而賦予材料、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、色彩、表面加工及裝飾以新的質(zhì)量和資格，叫做工業(yè)設(shè)計?！?/p>

可見工業(yè)設(shè)計沒有設(shè)計那樣廣泛，設(shè)計包含工業(yè)設(shè)計，我認為工業(yè)設(shè)計不能為自己在做設(shè)計，必須考慮適應(yīng)的人群，一切以特定人群為出發(fā)點，不像設(shè)計廣泛到可以已自己為出發(fā)點，注重強調(diào)自我,以自我去感染別人。你可以單純的為藝術(shù)做設(shè)計，但絕對不能單純的為藝術(shù)而做工業(yè)設(shè)計。它只能是在實用的前提下，保證結(jié)構(gòu)，功能，生產(chǎn)基礎(chǔ)上的藝術(shù)創(chuàng)作。可大批量生產(chǎn)，能改善提高人的生活質(zhì)量，以人為本，強調(diào)形式追隨功能的“自我”創(chuàng)作。

這不是一個成熟的專業(yè)，只少在中國，因為貌似在大學(xué)學(xué)的很廣，貌似什么都能搞，但卻是嚴重的細分不明，就是大三了到現(xiàn)在都不知道自己要做些什么，這個專業(yè)將會很有意思，也許我在抱怨調(diào)到這個專業(yè)的同時，并不清楚自己想要學(xué)習(xí)什么專業(yè)，那些電子自動化之類的專業(yè)或許只是為了就業(yè)而學(xué)習(xí)，而工業(yè)設(shè)計卻包含著一些追求，即使它的就業(yè)真的很不行，這是一個很脆弱的專業(yè)，貌似研究生的出路不是去搞設(shè)計，而是去高校當(dāng)老師，然后去教導(dǎo)一些新學(xué)生。

能讓用戶接受，提高了生活質(zhì)量，并制造了預(yù)定的產(chǎn)值的設(shè)計就是好設(shè)計。就怎么做好好設(shè)計而言我們還存在很多問題。首先在設(shè)計定位上普遍缺乏深思考，通過看畢業(yè)設(shè)計和我自己做的作業(yè)我發(fā)現(xiàn)大多都有設(shè)計判斷不準(zhǔn)確這一問題，雖然我們做的設(shè)計比較全面，但真的生產(chǎn)以后在激烈競爭的市場上未必有好的銷量。我們把握不好我們設(shè)計作品的買點是否真會在市場競爭中有市場。更多的時間花在做草圖，渲圖，展示??等方面，在前期做設(shè)計定位時分析的還不夠透徹。而正確有意義的定位再加上好的創(chuàng)意制作才是真正工業(yè)設(shè)計的設(shè)計

第四篇：計算機輔助設(shè)計課程小結(jié)

計算機輔助設(shè)計1課程小結(jié)

兩個周的軟件課程轉(zhuǎn)眼即逝，學(xué)習(xí)了CorelDRAW和Photoshop兩款作圖軟件，并做了相應(yīng)的練習(xí)，如標(biāo)志設(shè)計、名片設(shè)計、廣告單頁設(shè)計等，對我們從認識了解到接觸深入有一個很好的學(xué)習(xí)過程。

Coreldraw是矢量圖形制作工具軟件，這個圖形工具給設(shè)計師提供了矢量動畫、頁面設(shè)計、網(wǎng)站制作、位圖編輯和網(wǎng)頁動畫等多種功能。它包含兩個繪圖應(yīng)用程序：一個用于矢量圖及頁面設(shè)計，一個用于圖像編輯。這套繪圖軟件組合帶來了強大的交互式工具，可以使我們創(chuàng)作出多種富于動感的特殊效果及點陣圖像即時效果在簡單的操作中就可得到實現(xiàn)——而不會丟失當(dāng)前的工作。通過Coreldraw的全方位的設(shè)計及網(wǎng)頁功能可以融合到我們現(xiàn)有的設(shè)計方案中，靈活性十足。

Photoshop是集圖像掃描、編輯修改、圖像制作、廣告創(chuàng)意，圖像輸入與輸出于一體的圖形圖像處理軟件，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛的，在圖像、圖形、文字、視頻、出版各方面都有涉及。其中，平面設(shè)計是Photoshop應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，無論是我們正在閱讀的圖書封面，還是大街上看到的招貼、海報，這些具有豐富圖像的平面印刷品，基本上都需要Photoshop軟件對圖像進行處理。Photoshop還具有強大的圖像修飾功能。利用這些功能，可以加快修復(fù)一張破損的老照片，也可以修復(fù)人臉上的斑點等缺陷。

第一周,我們通過兩個軟件的界面認識了解了它們的相同與不同之處，如大體布局是相同的，菜單欄、工具欄、作圖區(qū)。不同之處如需更改，Photoshop有一個圖層面板可以看到圖層，需要點擊要修改的圖層才能進行更改，Coreldraw可以點擊對象直接更改，最后做好可以群組，不必擔(dān)心移動整體變成移動單個對象。之后用Coreldraw做了一些簡單的標(biāo)志設(shè)計和名片設(shè)計，我做的標(biāo)志設(shè)計是對稱的色條，先用貝塞爾工具畫曲線，然

后轉(zhuǎn)化對象成面，在用交互式輪廓圖工具，名片設(shè)計主要改變了它的質(zhì)感，然后運用了底紋填充。第二周，主要運用Photoshop做一個廣告單頁設(shè)計，先要搜尋素材，然后做框架，拼貼，運用仿制圖章工具進行修圖填充等等，其實不是太難。

通過兩周的學(xué)習(xí)，讓我學(xué)習(xí)了CorelDRAW和Photoshop兩款軟件的使用，雖然不能變成軟件高手，但也是個入門人員。雖然遇到了一些困難，但是在詢問知道了怎么做后，真的是受益匪淺。課程雖然結(jié)束，但學(xué)習(xí)的盡頭不會停止，我會繼續(xù)努力的。

第五篇：計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)方法的探討

計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)方法的探討

上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院 王新華 陳彩鳳

[摘要] 本文對計算機輔助設(shè)計課程的教學(xué)方法進行了詳細的分析與探討，結(jié)合實際產(chǎn)品設(shè)計過程中積累的一些體會和經(jīng)驗，提出了具有一定建設(shè)性的切實可行的教學(xué)方法和合理化建議，為計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)提供一些有益的參考，提高了課程的實踐性和應(yīng)用性。

[關(guān)鍵詞] 計算機輔助設(shè)計 教學(xué)方法探討

一、概述

計算機輔助設(shè)計課程是機械類近機類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，為適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計的快速發(fā)展，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品設(shè)計效率，該門課程的學(xué)習(xí)對今后從事產(chǎn)品設(shè)計的學(xué)生來說至關(guān)重要。根據(jù)多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于該門課程的學(xué)習(xí)積極性并不是很高，曠課遲到的現(xiàn)象時有發(fā)生。經(jīng)與學(xué)生座談，問卷調(diào)查，了解到學(xué)生對于該門課程內(nèi)容和體系的設(shè)臵大多不感興趣，認為所學(xué)內(nèi)容與以后從事的工作脫節(jié)較為嚴重。教學(xué)團隊對該門課程進行了細致深入地探討，大刀闊斧地對計算機輔助設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和體系進行了改革，提出了一套行之有效的方法和教學(xué)思路，并在教學(xué)過程中加以應(yīng)用，獲得良好的教學(xué)效果，促進了我校計算機輔助設(shè)計課程的精品建設(shè)。

二、計算機輔助設(shè)計課程建設(shè)的思路和規(guī)劃

（一）精心規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，改變廣而不精的現(xiàn)象

以前的計算機輔助設(shè)計課程，通常存在著內(nèi)容廣而不精的現(xiàn)象，有關(guān)計算機輔助設(shè)計的內(nèi)容，基本上都會在教學(xué)內(nèi)容中出現(xiàn)，看上去學(xué)生可以學(xué)習(xí)很多內(nèi)容，然而學(xué)生對于這些有關(guān)計算機輔助設(shè)計的知識通常很難精通。具體體現(xiàn)就是無法將學(xué)習(xí)的先進設(shè)計理念和方法運用到產(chǎn)品設(shè)計中，遇到具體問題往往不知如何入手，就是能夠運用到實際的產(chǎn)品設(shè)計中，通常也是一知半解，對設(shè)計計算結(jié)果不知如何分析。

根據(jù)上述現(xiàn)狀，教學(xué)團隊組織編寫了新的計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)大綱，精心規(guī)劃了教學(xué)內(nèi)容，編寫出版了《計算機輔助設(shè)計與制造》教材，并開通了網(wǎng)上教學(xué)，成功地申請到上海理工大學(xué)精品課程。配合精品課程建設(shè)，新的大綱和教材根據(jù)當(dāng)前市場的設(shè)計需求，注重產(chǎn)品的設(shè)計需求及應(yīng)用，刪除了一些繁瑣復(fù)雜的計算機理論知識，更新了一些新的設(shè)計理念和方法，引入了一些先進的設(shè)計軟件與制造軟件。

實際教學(xué)中除了原有的二維設(shè)計理論及AutoCAD軟件的應(yīng)用，依據(jù)當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展趨勢，增加了通用的有限元分析軟件ANSYS的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，提高了學(xué)生對產(chǎn)品設(shè)計的分析能力；擴展了常用三維軟件的應(yīng)用，如Solid Works，Pro/E,CATIA等，增強了學(xué)生三維建模的能力，將二維與三維設(shè)計融合于一體，更新了傳統(tǒng)的設(shè)計理念，加深了對設(shè)計的理解和深化；將CAD/CAPP/CAM/PDM知

識融會教學(xué)并應(yīng)用。精心規(guī)劃的教學(xué)內(nèi)容，真正體現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計過程和思路，將設(shè)計與制造融會貫通。通過學(xué)習(xí)學(xué)生對產(chǎn)品設(shè)計與制造的先進理念和體系有了一個全面的了解和掌握，實時把握產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展方向。

具體教學(xué)過程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)背景，選學(xué)不同的編程與繪圖軟件。對于三維繪圖軟件，模具專業(yè)的學(xué)生可以選學(xué)UG軟件，汽車專業(yè)的學(xué)生可以學(xué)習(xí)CATIA，而其它專業(yè)的學(xué)生可以學(xué)習(xí)更為方便實用的Solid Works軟件，當(dāng)然也可以選擇Pro/E軟件，每個至少精通一門三維軟件的應(yīng)用；而編程軟件根據(jù)學(xué)生的具體情況，可以分別選學(xué)Visual C或VisualB.NET。這樣將學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生以后從事的工作和興趣結(jié)合起來，做到學(xué)有所用，學(xué)有所好。

（二）面向?qū)嶋H工程項目，開展系統(tǒng)教學(xué)模式

計算機輔助設(shè)計課程實用性很強，在教學(xué)中理論能否與實際設(shè)計相結(jié)合，關(guān)系到該門課程的教學(xué)成敗。然而長期以來由于多方面的制約因素，該門課程理論教學(xué)學(xué)時占比過重，學(xué)生學(xué)習(xí)的多數(shù)是理論知識與概念，無法與生產(chǎn)實際相結(jié)合，造成了理論與實際的嚴重脫節(jié)。學(xué)生學(xué)習(xí)了一堆枯燥的設(shè)計理論，卻無處施展，自然缺乏學(xué)習(xí)積極性，曠課遲到的現(xiàn)象發(fā)生就不足為奇了。

在新的教學(xué)設(shè)計中，課程將理論和上機課時重新進行分配，比例為1：1，并將理論和上機內(nèi)容相適應(yīng)，做到學(xué)以致用。上機內(nèi)容都是實際產(chǎn)品的設(shè)計與分析，在上機前教師進行必要的引導(dǎo)，讓學(xué)生獨立設(shè)計與規(guī)劃整個設(shè)計分析過程，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和分析問題的能力，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富了教學(xué)內(nèi)容，拓展了設(shè)計深度與廣度。

遵循產(chǎn)品設(shè)計與制造的整個流程，上機安排規(guī)劃從CAE，CAD到CAM涵蓋了計算機輔助設(shè)計與制造的所有環(huán)節(jié)；上機安排內(nèi)容均面向于實際工程結(jié)構(gòu)件，學(xué)生選用三維軟件首先建立產(chǎn)品的三維實體模型，根據(jù)需要轉(zhuǎn)化成二維圖形，并標(biāo)注尺寸，公差及書寫技術(shù)要求，最終以合格的二維工程圖紙的形式提交。結(jié)合所學(xué)有限元分析軟件基于所建立的三維實體模型的結(jié)構(gòu)件的工況條件進行受力分析，了解正常工作狀態(tài)下，產(chǎn)品的強度和可靠性是否滿足要求。最后，利用CAM軟件模擬編制加工工藝，選擇虛擬刀具進行加工模擬。通過上機的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生不僅掌握了計算機輔助設(shè)計的知識與軟件，而且對產(chǎn)品設(shè)計制造的過程有了一個系統(tǒng)的了解，對設(shè)計與制造的理念更加完善。

計算機輔助設(shè)計課程后期，為讓學(xué)生真正掌握所學(xué)知識和內(nèi)容，在新的教學(xué)計劃中安排兩周的計算機設(shè)計生產(chǎn)實習(xí)，讓學(xué)生利用所學(xué)習(xí)的知識，去分析解決實際的生產(chǎn)問題，鍛煉學(xué)生實際解決問題的能力，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的問題，在實踐中培養(yǎng)獨立分析和處理設(shè)計中的問題。

配合上海市重點學(xué)科建設(shè)項目《三維動態(tài)夾具圖形庫的建立》，在學(xué)習(xí)完計算機輔助設(shè)計課程后，我們組織安排了部分學(xué)生參與該項目的設(shè)計與規(guī)劃，教師只在方向上給予指導(dǎo)，學(xué)生組成開發(fā)小組，對課題進行了精心的組織與設(shè)計，完成了項目的總體設(shè)計，參數(shù)化程序編程，三維夾具圖形庫的建立，并以數(shù)據(jù)庫的形式組織實現(xiàn)夾具的參數(shù)化設(shè)計。項目獲得上海理工大學(xué)教學(xué)成果三等獎，學(xué)生不僅將所學(xué)知識運用到實際的課題項目中，而且培養(yǎng)了組織和規(guī)劃研究課題的能力。

（三）注重課程的延續(xù)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

新的教學(xué)模式中將計算機輔助設(shè)計課程學(xué)習(xí)貫穿于大學(xué)四年的整個學(xué)習(xí)過程中，而不僅僅是一門課程而已。這是一個全新的培養(yǎng)理念，它將計算機輔助設(shè)計與各專業(yè)課的學(xué)習(xí)有機的結(jié)合起來，將先進的設(shè)計方法和理念應(yīng)用于各專業(yè)學(xué)科，拓展了學(xué)習(xí)深度與廣度，使該門課程的學(xué)習(xí)得到了延續(xù)，也豐富了其它課程的學(xué)習(xí)。

例如筆者在中德學(xué)院的機械零件課程設(shè)計中，率先打破原有的設(shè)計模式，將計算機輔助設(shè)計的內(nèi)容貫穿于整個課程設(shè)計之中，改變了過去單一的設(shè)計模式和陳舊思路，獲得了良好的效果。具體實施是每人一項設(shè)計任務(wù)，不規(guī)定設(shè)計什么類型的減速箱，學(xué)生可以根據(jù)設(shè)計要求規(guī)劃設(shè)計方案，繪圖不再規(guī)定二維三維圖形，軟件可以自己選用，設(shè)計時間不再集中在兩周內(nèi)完成，讓學(xué)生有足夠的時間去完善自己的設(shè)計方案，也可以利用所學(xué)計算機輔助設(shè)計軟件對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這樣將學(xué)生學(xué)習(xí)的先進設(shè)計方法應(yīng)用到課程設(shè)計中。最后學(xué)生提交的作業(yè)表明，學(xué)生的主觀能動性得到充分的發(fā)揮，呈現(xiàn)了一些非常優(yōu)秀的作品。

在學(xué)校組織的產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新活動中，鼓勵學(xué)生積極參與其中，在機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中，利用計算機輔助設(shè)計方法對產(chǎn)品設(shè)計方案與規(guī)劃進行驗證和優(yōu)化，建立虛擬樣機進行動態(tài)仿真，產(chǎn)生了一些具有一定實用價值與獨特穿新的作品，推動了我校創(chuàng)新活動的深入，建立了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計平臺，在各種大獎賽中屢屢獲得獎勵，取得了豐碩的教學(xué)成果。

配合學(xué)校畢業(yè)實踐活動，讓部分畢業(yè)生參加見習(xí)工程師認證考試。筆者以實際科研工程項目為背景，開展系統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生積極報名參與。在去年的認證考級中，95%以上的參加學(xué)生順利通過認證考試，拿到見習(xí)工程師考級證書。為今后卓越工程師的培養(yǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

（四）改革課程考核方式，突出綜合能力測試

計算機輔助設(shè)計課程既然是一門應(yīng)用課程，當(dāng)然應(yīng)該對學(xué)生的實際應(yīng)用能力進行考核與測試，而不再是過去的理論考試。過去計算機輔助設(shè)計通常采用閉卷的考試形式，學(xué)生需背誦很多計算機輔助設(shè)計概念和理論，應(yīng)用性的題目只是讓學(xué)生寫出相應(yīng)的操作過程，沒有實際的上機操作，很難綜合考察學(xué)生的實際能力。學(xué)生對這種形式的考試只是應(yīng)付了事，根本無法掌握計算機輔助設(shè)計課程的核心內(nèi)容。

新的教學(xué)大綱將該門課程調(diào)整為開卷考試，理論測試與上機考核相結(jié)合。理論測試都是一些利用計算機輔助設(shè)計的概念和理論去組織分析生產(chǎn)中存在的一些設(shè)計問題，不是僅僅記住一些抽象的理論就能輕易解決的問題，而是要求學(xué)生綜合所學(xué)知識去分析和規(guī)劃，這樣才能真正考核一個學(xué)生的實際能力，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。理論考核統(tǒng)一進行測試，而上機考試內(nèi)容和方式各教學(xué)老師根據(jù)實際情況可以自行調(diào)整和安排。一般上機考試不再局限于最后集中測試，教師可以根據(jù)學(xué)生平時的上機情況，實時掌握學(xué)生的設(shè)計能力和水平，客觀真正地評判學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。具體實施中，平時上機的考核顯得尤為重要，因為大部分的操作與設(shè)計都是在這個時間內(nèi)完成的，學(xué)生的能力水平從平時的上機作業(yè)中可以很好地體現(xiàn)出來，教師可以每次的上機進行跟蹤考察，最后的上機考試只是考核學(xué)生綜合分析問題的能力。通過平時和考試的綜合測試，學(xué)生的能力自然可以得到更客觀地評價。

三.總結(jié)

綜上所述，我校的計算機輔助設(shè)計課程教學(xué)配合精品課程建設(shè)，打破了原有的教學(xué)觀念，與時俱進，積極進取，進行了深入的改革和實踐，適應(yīng)了產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢，改變了過去那種與市場嚴重脫節(jié)的教學(xué)模式。通過不斷的摸索和實踐，教師的教學(xué)方法和思路也在不斷的完善，培養(yǎng)的人才素質(zhì)得到提高。畢業(yè)學(xué)生逐漸得到用人單位的認可和好評，說明我們的培養(yǎng)思路和模式真正走上了正規(guī)。當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計課程的教學(xué)改革仍然任重而道遠。只有不斷創(chuàng)新和改革，才能真正培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的合格人才，提高我國先進設(shè)計與制造的水平。

[參考文獻]

[1] 殷國富主編《計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)原理及應(yīng)用》四川大學(xué)出版社 2001年11月

[2] 仲梁維 張國全主編《計算機輔助設(shè)計與制造》北京大學(xué)出版社2006年08月

[3] 邱宣懷 主編《機械設(shè)計》高等教育出版社1997年07月

[4] 黃勝偉 主編《計算機輔助設(shè)計（CAD）》科學(xué)出版社 2002年

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本文的研究受到（1）教育部特色專業(yè)建設(shè)項目（TS10222）；（2）上海理工大學(xué)“計算機輔助設(shè)計”精品課程建設(shè)項目的資助

作者：王新華，男，出生于1969年9月，上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院講師，工學(xué)碩士，研究方向機械設(shè)計及理論，發(fā)表科研論文數(shù)十篇。

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