计算机辅助工业设计犀牛软件课程教学探析
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作者:钱真卿 邵梅芳
摘要：计算机辅助工业设计属于信息技术的数字化、可视化的建设方法。犀牛软件Rhinoceros作为一款功能强大、易学精确的三维建模软件，已成为职业院校计算机辅助工业设计软件教学基础课程内容，但在实际教学中也存在一些常见问题，需从教学内容、教学应用等方面进行进一步探索，激发学生学习兴趣，使其掌握软件设计的基础理论知识和具备初步实践能力，促进学生开展独立性思考和主动性实践，培养全局和开放性创新设计思维。
关键词：计算机辅助工业设计；犀牛软件；课程教学
中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.107
工业设计是在科学、艺术、美学与技术相互渗透交叉的过程中形成的，以机械化方式生产工业产品为研究对象的新兴综合学科。随着信息时代的到来，随着对产品的可靠性、时效性、多样化、个性化等瞬息万变的市场需求，计算机辅助工业设计CAID应运而生。
计算机辅助工业设计CAID，即在计算机及其相应的计算机辅助工业设计系统的支持下，进行工业设计领域的各类创造性活动。它是以计算机技术为支柱的信息时代环境下的产物。与传统的工业设计相比，CAID在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化。计算机辅助工业设计CAID主要包括数字化建模、数字化装配、数字化评价、数字化制造以及数字化信息交换等方面内容，而CAID的数字化建模，实际上就是设计软件的应用。工业设计中，计算机辅助设计软件应用涉及的主要有设计构思、确定方案、设计制图、优化效果、模型制作等方面。在早期的计算机辅助工业设计中，有草图类软件如Painter、Artrage，平面类软件如Photoshop、CoreIDRAW等，都可被定义为CAID，但随着计算机软硬件技术的快速发展，这些平面2D辅助工业设计的软件系统被逐渐排除在CAID范之外。在工业设计中出现了各种各具特点的三维建模设计软件，如3dsmax、Rhinoceros、Cinema4D、Maya等，这些三维建模软件各具自身特色，比如，Maya侧重动画、3dsmax侧重建筑和环节、Cinema4D侧重影视，而Rhinoceros犀牛软件则侧重产品。
1犀牛软件概述
犀牛软件（Rhinoceros，简称Rhino）是由美国Robert McNeel＆ Associates软件公司所开发的产品，是一款专业、功能强大但又非常小巧的3D造型软件，大小仅100M左右，对硬件要求很低。刚开始犀牛软件在国内少人问津，后随着中国作为制造业大国的崛起和发展，这款可以满足复杂结构设计，使设计理念、设计情境、设计知识尽情完美发挥的建模设计软件得以被关注、认识、重用和喜爱，目前已成为工业设计专业的第一软件，被广泛应用于建筑、家居、三维动画制作、机械设计等各个领域。
犀牛软件是一款基于NURBS为主的最先进的三维建模软件，主要采用了NURBS自由曲面的建模技术和特征实体建模的操作模式。在Rhino的官方网站中提到：“Rhino的实体可以炸开为自由曲面，经过编辑后再结合为实体。可以利用相交曲面为边界来构建实体模型，并且具有剪切任意曲线、曲面和实体之组合物体的超强能力”。犀牛软件可以对曲线、曲面、实体进行应用创建、编辑分析、记录渲染、制作转换等全套建模设计，其拥有简洁的操作界面、较低的硬件配置要求和非常强大的插件功能，兼容性好，建模非常流畅，在曲线和复杂曲面的制作上表现十分优异。作为一款三维建模设计软件，犀牛软件以其独特而强大的功能，成为中高职乃至普通高校工业设计专业中一款计算机辅助三维建模软件教学的专业基础软件。
2现阶段犀牛软件教学中存在的问题
2.1重技术轻理论，部分学生基础命令概念混淆
犀牛软件作为一门计算机辅助三维建模设计软件，其基本建模命令由点、线、面、体四类组成，常用命令多达六十二个，故在日常课程教学中，教师应避免进入直接传授软件技术而理论教学简单化的误区。一般对于软件课程，教师在教学模式上更注重实践，会一上来就直接讲授软件工具操作，但由于犀牛软件涉及点、线、面、体的基本建模命令众多，且有些学生在日常课程学习中，没有养成记录课堂笔记的习惯和方法技巧，特别是一些基础命令的使用和操作记录，容易导致因概念模糊混淆而在实际曲线、曲面、实体设计操作和建模时，感到无从下手，一筹莫展。
2.2学习能力和未来规划不足，导致学习动力缺乏
按照既定式教学计划，每周十几个课时的阶段性学习，需要学生温故而知新，但对于自主学习和自制能力差的学生，由于缺乏课堂理论知识的复习，缺乏上机实践操作设计的热情和练习，等下周再上课时，上周的学习内容已基本遗忘；也有的学生对自己的未来发展就业无明确方向或规划不同，加之对诸多基础建模命令学习的畏难情绪，故导致学习动力缺乏，对软件课程无兴趣。
2.3学习成效不一，未形成全局性建模思维
在学习操作犀牛软件命令的过程中，有些学生看教师讲解或演示一遍操作命令便能理解掌握，而有些学生因注意力不集中或缺乏有效的学习方法，需要教师反复讲解演示或者单独指导方能掌握，呈现出部分学生跟进教学步伐以及学习效率上的较大差异，影响了软件教学的进度与和课程既定目标的实现。
与此同时，犀牛软件命令较多，完成曲线、曲面、实体，完成一个产品编辑、组合、建模需要涉及很多个点、线、面、体的基础命令，课程中的一些练习若只针对或侧重于某一部分的命令，学生就可能没有意识到点线的最终目的是闭合曲面和建模实体，无法形成合理性、全局性的建模思维。
3犀牛软件实践教学探索
计算机辅助工业设计犀牛软件教学课程，作为面向职业院校设计类学生的一门软件专业基础课，根据课程教材和教学目标，结合学生实际情况，进行犀牛软件Rhinoceros的教学探索和实践，旨在通过课程软件教学，使学生掌握软件设计的基础理论知识，具备运用计算机辅助软件进行设计绘制和掌握运用计算机辅助设计技术的初步实践能力。在理论与实践学习中，激发学生开展独立性思考和主动性实践，培养学生全局布构和开放性设计创新思维。
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3.1注重教案及PPT课件理论教学，拆分理解打基础
在犀牛软件授课过程中，除了讲授软件工具操作，侧重实际讲解及动手操作外，还应重视教案、讲义、PPT课件在授课过程中的必要性，避免在有限的课堂教学时间里，学生反复提问基础命令和操作步骤，教师进行重复式讲解和演示。教师可以利用PPT课件、教案手册等所展示的理论概念、创作理念和实践操作步骤，使学生系统地了解课程内容、命令要义和步骤规范，同时在课后练习操作时做到有案可查、有章可循。
在教学过程中，教师可以运用多样化教学手段，在对重要点、线、面、体命令的讲解释疑后，再从实际出发，结合典型的实体操作演示，将枯燥生涩的命令生动形象地表达出来，使之先前无味的理论概念鲜活起来，加深学生印象，激发学生兴趣。同时，由老师提出针对性的设计问题，让学生以已接收和掌握的知识思考解决，可以以答疑、讨论、课后自学、提交报告等形式，使学生牢固整合现有知识，深刻操作记忆，深刻明白为何要在造型设计、建模步骤中如此“分面”“衔接”，使之循序渐进，融会贯通。
3.2精选教学内容和案例，解构分析重实践
精心遴选具有典型性、专业代表性且学生比较熟悉的、比较直观的模型案例，由简至繁，通过对模型案例的解构讲解，加深学生对各基础命令应用操作的认知。在典型案例教学中，涵盖重点知识点，注重命令编辑，突出精妙的案例制作部分。通过大量的案例分析和操作，使学生在反复实践练习中理解、掌握相关知识点，掌握命令要义，并能熟练操作点、线、面、体等常用命令。
采用灵活多变的多元化教学模式。例如，前期可以要求学生手绘涵盖基本常用命令的实物简易模型图。在教学中，用手绘图形设计可以防止学生只依赖于计算机进行简单的拼接、排版操作，手绘与计算机的结合可以使学生不断构思新的产品立意，不断推敲产品结构，有助于学生综合考虑建模时的难易程度和需注意的节点，逐步树立局部到整体贯穿统一的多位多维思考模式；另外，设置实践任务，采用分组方式，完成手绘作品的解构、讨论，开展建模操作。各组通过建模理念、组织策略、模型效果的展示与讲解，开展建模综合分析、模型创新完善、鉴定评优。通过前期案例认知和后期任务实践结合的教学方式，培养学生感性创造思维和理性设计创作的综合应用水平。在教学理论和实践中，产生兴趣投射，引领学生在今后学习中开展独立性思考和主动性探索实践，培养学生的交流能力和团队合作精神。
3.3制定合理教学目标，探索应用拓思维
在软件教学中，对单个命令的逐一学习，虽简单但很繁琐，教师可以由浅入深，依据课程教材，同时考虑到学生来自不同的地区，以前有着对计算机不一样的认知和实践，需要分类教学、因材施教。根据产品不同的设计建模要求，制定出合乎软件课程教学和该班学生实际情况的教学目标，设定的目标不能过高，也不能过低，应保持在适合大部分学生接受能力的水平范围。
犀牛软件与其他三维建模软件区别在于，它独辟蹊径地建立了专门的二维窗口，默认其二维建模的窗口和透视窗口是结合在一起的，能够服务于三维建模。在实际教学中，教师应首先消除学生对于三维建模软件的畏惧感，通过构建辨识度高的产品记忆点、解构重组产品，逐步引发学生对教学内容的好奇心，集中注意力，驱动自主学习；其次，通过运用犀牛软件自由切换不同的视图，通过选用线框模式、着色模式、渲染模式、艺术风格模式、半透明模式等多个常用的格式，使学生观察产品结构，获得想要的预览效果。在实际运用中，尝试在犀牛软件中安装渲染插件，目前通常使用的渲染插件有VRay和KeyShot，这是很受欢迎的两款渲染插件。其中KeyShot的即时渲染模式，无需复杂的设定即可产生与相片一样真实的3D渲染影像。所见即所得，非常直观、便捷。安装渲染插件，能使学生制作的模型获得最佳的渲染效果，使学生在一个个小的成果中产生成就感，进一步激发学生求知欲和探索欲，培养学生综合设计分析能力。在理论设计、实践操作中，逐步培养学生的建模全局思维和开放型创新设计思维。
4结语
计算机辅助工业设计CAID，属于信息技术的数字化，可视化的建设方法。CAID是利用现代信息技术，将工业设计数字化、信息化，最终达到提高设计效率和质量的目的，信息化时代下计算机辅助工业设计是一种非常先进的设计理念。犀牛软件Rhino作为一款功能强大、易学精确的三维建模软件。从一个简单的想法构思到设计稿，直至实际产品，都可以精确制作出所有图纸、立体动画和模型。
在计算机辅助工业设计犀牛软件的课程教学上，应坚持理论知识传授和学生自主实践相结合，强调启发式、研讨式多元化教学，大量的实践练习由浅入深，因材施教。使学生通过熟练运用各种命令和特效工具，通过分割与合并，通过对多个参数和控制点的调节把握，看到平时难以想到或看到的现象，丰富立体思维，使学生受到启发、获得灵感，进而培养学生建立设计全局性观念和创新理念，把设计宗旨和含义包容于设计内容之中，更形象、更充分地传达和体现产品理念和创意，制作出更多真实美感的产品模型。
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作者简介：钱真卿（1996-），男，浙江嘉兴人，嘉兴秀水经济信息专修学院教师，研究方向：工业设计；邵梅芳（1970-），女，浙江嘉兴人，嘉兴职业技术学院教师，人力资源经济师，研究方向：人力资源管理、教育心理学。
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