建模課程與網(wǎng)店3D打印相結(jié)合的應(yīng)用研究

張景龍，徐 麗，祝振欣，王建設(shè)

(河北政法職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 050061)

建模課程與網(wǎng)店3D打印相結(jié)合的應(yīng)用研究

張景龍，徐 麗，祝振欣，王建設(shè)

(河北政法職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 050061)

為了更好地為社會輸送高質(zhì)量的應(yīng)用型技術(shù)人才，推進高校教學(xué)改革，提高教學(xué)效果，在三維建模課程教學(xué)中引入了3D打印技術(shù)，并與網(wǎng)店相結(jié)合，形成教學(xué)、生產(chǎn)和銷售三位一體的教學(xué)形式，以三維建模課程作為技術(shù)準備，以3D打印技術(shù)為媒介，把所做模型打印成實體，完成知識向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，以網(wǎng)店為橋梁，勾通社會。通過互聯(lián)網(wǎng)把高校課堂和社會服務(wù)有機地結(jié)合起來，使教學(xué)直接為創(chuàng)業(yè)服務(wù)，不僅提升了學(xué)生的技術(shù)水平，為學(xué)生創(chuàng)業(yè)就業(yè)提供了有效途徑。

三維建模；3D打印；網(wǎng)店；創(chuàng)業(yè)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、特別是移動互聯(lián)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+的產(chǎn)品正悄然地滲透到我們的日常生活的方方面面，伴隨著物質(zhì)生活方式改變的就是思維觀念的更新，對于青年學(xué)生這個思想最活躍群體，社會科技經(jīng)濟技術(shù)的進步迅速推進著他們學(xué)習觀、價值觀的改變，隨之而來的就是這種快速更新的觀念和滯后的傳統(tǒng)教育觀念的沖突。結(jié)果就是產(chǎn)生新讀書無用論，學(xué)生看不到學(xué)校所學(xué)的知識和技能與將來創(chuàng)業(yè)就業(yè)的聯(lián)系，從而產(chǎn)生了對學(xué)習的不熱情，沒興趣，不去上課?；蚴钦n堂上注意力不集中，有的干脆睡覺或玩手機，盡管任課老師百般活躍課堂氣氛，最終效果不明顯，學(xué)生學(xué)習效率依然低下。

對于新形式下如何辦好職業(yè)教育？習近平總書記為我們指明了道路，明確指出：“要牢牢把握服務(wù)發(fā)展、促進就業(yè)的辦學(xué)方向，深化體制機制改革……”。為此在教學(xué)引入了互聯(lián)網(wǎng)+教育的操作，創(chuàng)建了三維建模課程、3D打印和網(wǎng)店三結(jié)合的教學(xué)模式，也就在三維建模課程教學(xué)中引入3D打印技術(shù)，把學(xué)生在三維建模課程教學(xué)中制作的模型通過3D打印機打印成實體，通過簡單地包裝讓作品快速轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品；同時在互聯(lián)網(wǎng)上建立自己的網(wǎng)店，展銷三維模型及打印好的實體成品，把網(wǎng)上交流和銷售變成學(xué)生課堂學(xué)習的激勵機制。使經(jīng)濟效益和學(xué)生自身的努力程度直接掛鉤，通過互聯(lián)網(wǎng)把學(xué)校課堂和社會聯(lián)系在一起，學(xué)習和創(chuàng)業(yè)結(jié)合起來。

一、三結(jié)合教學(xué)模式理論基礎(chǔ)及技術(shù)準備

(一)三維建模課程

三維建模課程是政法職業(yè)學(xué)院計算機系三維動畫專業(yè)的核心課程，是制作三維角色及場景的基礎(chǔ)技術(shù)。三維建模就利用三維制作軟件，如3DSmax結(jié)合Zbrush、C4d（cinema4d）等工具把我們需要的模型在軟件中形成三維虛擬網(wǎng)格模型。三維建模廣泛應(yīng)用于游戲制作、影視制作、廣告、建筑設(shè)計、裝飾裝潢、工業(yè)設(shè)計、古建筑復(fù)原維修，事故現(xiàn)場再現(xiàn)模擬及藝術(shù)造型設(shè)計諸多領(lǐng)域，而且隨著計算機圖形技術(shù)和VR技術(shù)的飛速發(fā)展，三維建模技術(shù)的應(yīng)用會更加廣泛。

三維模型根據(jù)其三角面或四邊面的面數(shù)，分為高模和低模兩種精度，分別對應(yīng)于不同的領(lǐng)域。好的模型，尤其是需要賦予精確動作的模型，對于網(wǎng)格的布線要求是非常嚴格的，不僅需要對所制作的形體要非常熟悉，要有良好的空間感覺，還需要對軟件工具本身具有非常高地掌控能力。因此，建模課程在初期教學(xué)時非常繁瑣和枯燥，需要較高的耐力和韌性，而這些對于這一代思維活躍而沒有經(jīng)歷過困苦生活磨礪的年輕學(xué)生來說是有很大難度的。如何有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣就變得尤為重要。

(二)3D打印技術(shù)簡介

3D打印，也叫做增材制造，是一種快速成型技術(shù)，把用電腦生成的數(shù)字虛擬三維圖形，通過3D打印機把粉末金屬、陶瓷、塑料、尼龍甚至生物材料利用熔融凝固、沉積等技術(shù)打印成實體的一種技術(shù)。3D打印需要滿足三個條件：一是要有數(shù)據(jù)，也就是三維數(shù)字模型，需要用三維軟件把需要的模型制作出來，也就是建模過程；二是要有方便熔融粘接的材料；三是3D打印機。由3D打印機對模型進行經(jīng)過分層處理，控制精度，把材料堆集成實體。

3D打印技術(shù)作為21世紀最為前沿和最具潛力的技術(shù)，是目前先進制造技術(shù)的重要發(fā)展方向[1]，被稱為第四次工業(yè)革命。因為它是基于電腦建模，因此可以設(shè)計制作出細膩精致、結(jié)構(gòu)科學(xué)合理的模型，借助數(shù)控的打印機設(shè)備，可以制造出任意外形或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物體。3D打印技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，發(fā)展迅猛，涉及大到建筑、橋梁、國防、航空、航天，小到工業(yè)設(shè)計、居家裝飾、醫(yī)藥衛(wèi)生、生活用品等領(lǐng)域，我們的衣、食、住、行方方面面都正在受到3D打印技術(shù)的影響。例如，目前美國海軍陸戰(zhàn)隊正在配備3D打印機，并且將常用的生活物品和一些武器配件等建成三維數(shù)據(jù)模型庫，緊急需要時可以即時打印出來，可以極大減輕后勤補給的負擔。研究證明，3D打印技術(shù)在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目中的應(yīng)用呈現(xiàn)逐年增長的趨勢[2]，3D打印也是青年學(xué)生就業(yè)、創(chuàng)業(yè)的一條有效途徑。

2016年11月12日，國家教育部陳寶生部長在視察深圳高級中學(xué)（集團）時表態(tài)，應(yīng)該在全國的高校推廣3D打印技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生對3D打印的興趣。目前河北政法職業(yè)學(xué)院計算機系已經(jīng)成立了3D打印專業(yè)，建成了3D打印實驗室，擁有不同功能和型號的3D打印機60臺，可以滿足多種打印需求。

(三)網(wǎng)店建設(shè)與應(yīng)用

網(wǎng)店，也就是電子商務(wù)網(wǎng)站，依托互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)和產(chǎn)品的交流平臺。網(wǎng)店是連接學(xué)校課堂和社會的窗口，通過建立銷售網(wǎng)站可以實現(xiàn)三個功能，其一，是促進同行之間的技術(shù)和經(jīng)驗的交流，面向社會開放，同學(xué)們在這里可以實現(xiàn)與不同學(xué)校的在校生之間，學(xué)生與同行企業(yè)技術(shù)人員之間取長補短，了解社會和行業(yè)信息。其二，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習動力，網(wǎng)店銷售數(shù)據(jù)模型和打印產(chǎn)品，把作品轉(zhuǎn)化為商品，產(chǎn)生經(jīng)濟收入。有創(chuàng)意的產(chǎn)品，制造精致的模型自然能獲得高價，從而帶來優(yōu)良的收入，而粗陋的作品肯定是無人問津的，而優(yōu)質(zhì)的模型需要刻苦的努力和新穎的創(chuàng)意，反饋到課堂上就促使學(xué)生產(chǎn)生了對知識的渴求，課堂學(xué)習由被動變?yōu)橹鲃?。其三，提供社會服?wù)，網(wǎng)店作為服務(wù)社會的窗口，可以接受一些訂制服務(wù)，如為中小學(xué)校或兄弟單位設(shè)計制作教具模型，為具備3D打印設(shè)備的單位建立應(yīng)用模型庫等。網(wǎng)店促進了3D打印技術(shù)的發(fā)展，通過網(wǎng)店了解社會需求。通過信息反饋來改進3D打印的不足。

圖1 三結(jié)合關(guān)系模式圖

(四)三結(jié)合教學(xué)模式的應(yīng)用

從上述分析中我們可以看出，建模課程、3D打印和網(wǎng)店具有相互依存、相互促進的關(guān)系如圖1。

1.建模課程為3D打印提供了數(shù)據(jù)原料，也為網(wǎng)店提供了數(shù)字銷售產(chǎn)品

建模課程的學(xué)習成果是數(shù)字三維模型，而數(shù)字三維模型正是3D打印所需的數(shù)據(jù)原料，3D建模技術(shù)是學(xué)生學(xué)習和掌握3D打印技術(shù)的關(guān)鍵[3]。學(xué)生在建模課程中制作的三維模型，經(jīng)過簡單的修改，只要在建模過程去掉模型內(nèi)部的面片，并且將模型封閉，將開放的邊面閉合起來，就成了符合3D打印所要求的模型。導(dǎo)出*.stl等3D打印機支持的文件格式，就可以輸送給3D打印機進行打印。在制作模型時我們可以根據(jù)不同用途采用不同建模方式，對用于3D打印的模型，直接采用封閉實體的建模方式，建成的模型即可滿足3D打印的要求；對于動畫或游戲的模型側(cè)重于結(jié)構(gòu)和布線的合理。

三維建模技術(shù)還可以滿足建筑設(shè)計、文物復(fù)原、新產(chǎn)品造型設(shè)計等多種需求，創(chuàng)意作品、訂制模型等精美三維模型都可以直接作為商品在網(wǎng)店上銷售。

2 .3D打印促進了三維模型教學(xué)，3D打印物品也是網(wǎng)店的商品來源

首先通過模型的3D打印，可以檢測學(xué)生制作的三維模型的完整性，有破面的模型是無法打印的。其次，它提高了學(xué)生對物體空間結(jié)構(gòu)的認知能力，畢竟三維虛擬模型的屏幕顯示和實體物體之間是存在視覺差異的，模型通過3D打印機轉(zhuǎn)化為實體，可以建立學(xué)生對三維物體的直觀概念，減少甚至消除這種視覺差異造成模型的偏差，從而是提高模型創(chuàng)建的準確性[4]。還有更重要的一點就是，學(xué)生的學(xué)習成果直接轉(zhuǎn)化成了成品，學(xué)生的工作有成就感，大大增強了對課程的學(xué)習動力和學(xué)習興趣；另外，為3D打印單位或部門提供數(shù)字三維模型也成為學(xué)生創(chuàng)業(yè)的有效途徑。3D打印技術(shù)在教育當中的運用將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實，能夠?qū)⒔?、學(xué)、做合為一體，這對培養(yǎng)具備“工匠精神”的創(chuàng)造型人才具有深遠意義。

3. 網(wǎng)店推進了建模課程的學(xué)習，也促進了3D打印技術(shù)的發(fā)展

學(xué)生制作的模型通過網(wǎng)店的銷售可以直接獲得經(jīng)濟收入，用事實打消了學(xué)生的讀書無用的錯誤學(xué)習觀念。提高了學(xué)習熱情；對3D打印產(chǎn)品的銷售，也使更多的人認識3D打印技術(shù)的便捷，從而推進了3D打印產(chǎn)品的普及，同時也暴露了目前3D打印產(chǎn)品的不足，為3D打印技術(shù)改進提供了參考。

二、實施過程及成果

(一)課程安排

本項目實驗項目采用課堂基本技術(shù)教學(xué)與學(xué)生創(chuàng)意制作相結(jié)合的方式，課堂上主要講解建模實用基本技術(shù)，并分析創(chuàng)作思路和市場情況。學(xué)生創(chuàng)意制作以小組為單位，課上課下相結(jié)合。班級為河北政法職業(yè)學(xué)院2014級三維動畫專業(yè)1班，班級人數(shù)為30人。應(yīng)用軟件為3ds max2013，教學(xué)課時為136，安排在2015-2016學(xué)年第二學(xué)期，教學(xué)場所為多媒體機房。教學(xué)內(nèi)容分為初級模型制作，包括建筑家具模型、辦公設(shè)備模型等制作技術(shù)；高級模型制作，包括復(fù)雜物體、生物角色模型制作等。案例教學(xué)，以一個街邊場景以基礎(chǔ)線索，以所涉及的主要物體為實例，由簡入繁講解建模方法和技巧，教師分段演示，學(xué)生邊學(xué)邊做。學(xué)生分為8個項目小組，每組3－4人。先統(tǒng)一學(xué)習，然后分工合作完成模型制作。對于大的項目需要多個小組配合完成。

建模課程中滲入有關(guān)3D打印技術(shù)的知識和應(yīng)用情況，鼓勵學(xué)生積極制作完整的有個性的模型作品打印出來，學(xué)校提供免費的打印環(huán)境。在課程初期，由課題組發(fā)布一些較為簡單任務(wù)，制作杯托、手機架、藝術(shù)花架等模型，回收制作精致的模型，逐漸引導(dǎo)學(xué)生加深對建模技術(shù)的理解，逐步提高對模型制作的要求，為制作精細復(fù)雜模型打下堅實的基礎(chǔ)。課程中期后則由學(xué)生制作的模型和打印作品直接上傳到網(wǎng)店。實踐證明，3D打印技術(shù)的制造理念應(yīng)用于課堂實踐教學(xué)中激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，3D打印的模型可以用于培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和自我探究能力[4]。

(二)3D打印實驗室建設(shè)

河北政法職業(yè)學(xué)院3D打印實驗室建于2016年初，投資96萬元，各種型號打印機60臺，本身也是為了籌建3D打印專業(yè)做準備，可打印ABS、PLA、尼龍、陶瓷等材料，基本滿足各種模型打印需要。

3D打印實驗室對學(xué)生部分免費開放，完成好的模型，申請后，經(jīng)老師審核可打印。

(三)網(wǎng)店建設(shè)

用網(wǎng)店把教學(xué)與社會聯(lián)結(jié)在一起，我們在學(xué)習過程中就可以把制作好的模型打印出來，通過網(wǎng)店進行銷售，也可以把模型直接放到網(wǎng)店展示交流。建模課程開課的同時，與電子商務(wù)高年級同學(xué)合作建立了電子商務(wù)網(wǎng)站，名稱為“熔者大成”，以論壇為主，分為經(jīng)驗交流區(qū)、模型展示區(qū)、產(chǎn)品展示區(qū)和業(yè)務(wù)洽談區(qū)等四個模塊，網(wǎng)站提供注冊和支付功能，可以進行在線交易。由一個小組具體負責網(wǎng)站的上傳的維護工作，學(xué)生注冊后可以上傳自己的模型或者3D打印成品的圖片，自己定價，并留下自己的聯(lián)系方式。貨幣分為虛擬幣和人民幣兩種，積分制，上傳模型可獲得積分，一些免費模型可用積分換取，以增加網(wǎng)站的人氣，提高訪問量。網(wǎng)站向社會開放，只要遵守文明公約，都可以注冊并上傳或下載模型，人民幣需要兌換，可以保障網(wǎng)民資產(chǎn)的安全。

(四)模型文件上傳、打印及銷售

圖2 銷售信息

上傳內(nèi)容分為兩類，一類是用于銷售的模型的截圖，主要是藝術(shù)作品，創(chuàng)意設(shè)計，訂制人像等，這類模型一般都是精模，制作細致準確，完成了材質(zhì)貼圖繪制，上傳模型的截圖及渲染圖片。另一類是用于3D打印的產(chǎn)品照片，這類模型材質(zhì)要求相對簡單，以單色為主，要求表面是封閉的，建模完成后需要在3D打印軟件中進行檢驗，也可以進行一定程度的修補。完成打印后經(jīng)過簡單的包裝就變成可銷售的產(chǎn)品，上傳模型圖片及打印品的照片。產(chǎn)品上傳后，會員可以瀏覽并可以自由交易。圖2為銷售信息截圖。

三、成果分析

(一)銷售成果

網(wǎng)店已經(jīng)產(chǎn)生了一定的銷售業(yè)績，3D打印成品有一定的銷售量，截止到目前共售出165件，模型售出30件，總銷售額630元。比預(yù)期的效果要好。網(wǎng)站注冊人數(shù)達900多人，各種模型上傳2000多件，大部分為免費模型，論壇有了一定的規(guī)模。

(二)教學(xué)效果提高顯著，同樣的建模課程，同上界學(xué)生相比，教學(xué)效果有較大提高。

首先，學(xué)生的本門課成績有較大提升，優(yōu)良成績比例大幅提高，見表1。

表1 2014級和2015級模型制作課程成績對照分析表

其次，學(xué)生完成模型的質(zhì)量有明顯提高，模型結(jié)構(gòu)布線更合理，材質(zhì)貼圖等更加精致漂亮，涌現(xiàn)出一大批創(chuàng)意作品。在模型制作的數(shù)量上提高更多。

另外，學(xué)生到課率明顯提高，上屆學(xué)生同樣也是項目教學(xué)，學(xué)生的興趣卻很難保持，一般是學(xué)生一開始上課比較積極，過一段時間后，出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，請假甚至不請假的學(xué)生增加；采用三結(jié)合的教學(xué)方式，學(xué)生的的學(xué)習興趣呈現(xiàn)遞增，隨著建模技術(shù)和建模水平的提高，同學(xué)們的學(xué)習熱情也隨之提高。學(xué)生的課堂積極性高，杜絕了上課玩手機的現(xiàn)象，課堂提問增加。成立了建模學(xué)生社團和3D 打印學(xué)生社團等第二課堂興趣小組，課上課下相結(jié)合，一些學(xué)生的建模水平提高迅速。

四、結(jié)束語

建模課程與網(wǎng)店和3D打印技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)模式，增強了學(xué)校和社會的聯(lián)系，使課堂知識更接地氣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習熱情，提高了教學(xué)效果，開拓了學(xué)生的視野，深化了3D打印領(lǐng)域的相關(guān)知識。同時，提高了在校大學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，使學(xué)校課堂與創(chuàng)業(yè)聯(lián)系在一起，使學(xué)生們找到了自己的定位點，對所學(xué)課程不再迷茫，充分認識了市場需求與自己所學(xué)知識技能之間的差距，從而樹立正確的學(xué)習觀和就業(yè)觀，對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習主動性、發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力起到了積極作用。

[1] 宋科，楊邦成.3D打印技術(shù)的實例應(yīng)用研究[J].新技術(shù)新工藝,2015,( 12) :90-93.

[2] 艾賢明，陳仕品，李媛媛．3D打印技術(shù)在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的應(yīng)用［J］．中小學(xué)電教,2015,（9）：24-27.

[3] 黃文愷,朱靜. 3D建模與3D打印技術(shù)的應(yīng)用[M].廣東教育出版社,2016,（6）：37-39.

[4] 鐘志賢.信息化教學(xué)模式——理論建構(gòu)和實踐例說[M].北京:教育科學(xué)出版社,2007.

［編校：楊英偉］

Application Research on Integration of Modeling and Online Store 3D Printing

ZHANG Jing-long, XU Li, ZHU Zhen-xin, WANG Jian-she
(Hebei Professional College of Political Science and Law, ShiJianZhuang Hebei050061)

In order to better provide the highly qualified technical personnel for the society, promote the reform of college education, and improve the teaching effect, the authors introduce the 3D printing technology in 3D modeling teaching, and combined with online shops, form a three-in-one teaching style of teaching,production and sales. With three-dimensional modeling course as a technical preparation and 3D printing technology as the media, they put the model into printing entities and complete the conversion of knowledge into products. The online shops as the bridge enable the products to enter the society. Through the Internet,the college classroom and the social services are organically combined, so that the teaching can directly serve the entrepreneurship, which not only prepares a solid technical level for the students, but also provides an effective way for students to start business and employment.

three-dimensional modeling; 3D printing; online store; entrepreneurship

G642；O141.4-4

A

1671-9654(2017)03-0023-05

10.13829/j.cnki.issn.1671-9654.2017.03.024

2017-06-30

張景龍（1970－ ），男，河北保定人，講師，軟件工程碩士，研究方向為三維動畫技術(shù)、3D打印技術(shù)。