計算機輔助工業設計犀牛軟件課程教學探析

錢真卿 邵梅芳

摘要：計算機輔助工業設計屬于信息技術的數字化、可視化的建設方法。犀牛軟件Rhinoceros作為一款功能強大、易學精確的三維建模軟件，已成為職業院校計算機輔助工業設計軟件教學基礎課程內容，但在實際教學中也存在一些常見問題，需從教學內容、教學應用等方面進行進一步探索，激發學生學習興趣，使其掌握軟件設計的基礎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，培養全局和開放性創新設計思維。

關鍵詞：計算機輔助工業設計；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

工業設計是在科學、藝術、美學與技術相互滲透交叉的過程中形成的，以機械化方式生產工業產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，計算機輔助工業設計CAID應運而生。

計算機輔助工業設計CAID，即在計算機及其相應的計算機輔助工業設計系統的支持下，進行工業設計領域的各類創造性活動。它是以計算機技術為支柱的信息時代環境下的產物。與傳統的工業設計相比，CAID在設計方法、設計過程、設計質量和效率等各方面都發生了質的變化。計算機輔助工業設計CAID主要包括數字化建模、數字化裝配、數字化評價、數字化制造以及數字化信息交換等方面內容，而CAID的數字化建模，實際上就是設計軟件的應用。工業設計中，計算機輔助設計軟件應用涉及的主要有設計構思、確定方案、設計制圖、優化效果、模型制作等方面。在早期的計算機輔助工業設計中，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的快速發展，這些平面2D輔助工業設計的軟件系統被逐漸排除在CAID范疇之外。在工業設計中出現了各種各具特點的三維建模設計軟件，如3dsmax、Rhinoceros、Cinema4D、Maya等，這些三維建模軟件各具自身特色，比如，Maya側重動畫、3dsmax側重建筑和環節、Cinema4D側重影視，而Rhinoceros犀牛軟件則側重產品。

1犀牛軟件概述

犀牛軟件（Rhinoceros，簡稱Rhino）是由美國Robert McNeel＆ Associates軟件公司所開發的產品，是一款專業、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少人問津，后隨著中國作為制造業大國的崛起和發展，這款可以滿足復雜結構設計，使設計理念、設計情境、設計知識盡情完美發揮的建模設計軟件得以被關注、認識、重用和喜愛，目前已成為工業設計專業的第一軟件，被廣泛應用于建筑、家居、三維動畫制作、機械設計等各個領域。

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和特征實體建模的操作模式。在Rhino的官方網站中提到：“Rhino的實體可以炸開為自由曲面，經過編輯后再結合為實體。可以利用相交曲面為邊界來構建實體模型，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、實體進行應用創建、編輯分析、記錄渲染、制作轉換等全套建模設計，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十分優異。作為一款三維建模設計軟件，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設計專業中一款計算機輔助三維建模軟件教學的專業基礎軟件。

2現階段犀牛軟件教學中存在的問題

2.1重技術輕理論，部分學生基礎命令概念混淆

犀牛軟件作為一門計算機輔助三維建模設計軟件，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而理論教學簡單化的誤區。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，沒有養成記錄課堂筆記的習慣和方法技巧，特別是一些基礎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計的熱情和練習，等下周再上課時，上周的學習內容已基本遺忘；也有的學生對自己的未來發展就業無明確方向或規劃不同，加之對諸多基礎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。

與此同時，犀牛軟件命令較多，完成曲線、曲面、實體，完成一個產品編輯、組合、建模需要涉及很多個點、線、面、體的基礎命令，課程中的一些練習若只針對或側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

計算機輔助工業設計犀牛軟件教學課程，作為面向職業院校設計類學生的一門軟件專業基礎課，根據課程教材和教學目標，結合學生實際情況，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，使學生掌握軟件設計的基礎理論知識，具備運用計算機輔助軟件進行設計繪制和掌握運用計算機輔助設計技術的初步實踐能力。在理論與實踐學習中，激發學生開展獨立性思考和主動性實踐，培養學生全局布構和開放性設計創新思維。

3.1注重教案及PPT課件理論教學，拆分理解打基礎

在犀牛軟件授課過程中，除了講授軟件工具操作，側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、創作理念和實踐操作步驟，使學生系統地了解課程內容、命令要義和步驟規范，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，結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，激發學生興趣。同時，由老師提出針對性的設計問題，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，使學生牢固整合現有知識，深刻操作記憶，深刻明白為何要在造型設計、建模步驟中如此“分面”“銜接”，使之循序漸進，融會貫通。

3.2精選教學內容和案例，解構分析重實踐

精心遴選具有典型性、專業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講解，加深學生對各基礎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，手繪與計算機的結合可以使學生不斷構思新的產品立意，不斷推敲產品結構，有助于學生綜合考慮建模時的難易程度和需注意的節點，逐步樹立局部到整體貫穿統一的多位多維思考模式；另外，設置實踐任務，采用分組方式，完成手繪作品的解構、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、模型創新完善、鑒定評優。通過前期案例認知和后期任務實踐結合的教學方式，培養學生感性創造思維和理性設計創作的綜合應用水平。在教學理論和實踐中，產生興趣投射，引領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，依據課程教材，同時考慮到學生來自不同的地區，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。根據產品不同的設計建模要求，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，通過構建辨識度高的產品記憶點、解構重組產品，逐步引發學生對教學內容的好奇心，集中注意力，驅動自主學習；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、藝術風格模式、半透明模式等多個常用的格式，使學生觀察產品結構，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，無需復雜的設定即可產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生成就感，進一步激發學生求知欲和探索欲，培養學生綜合設計分析能力。在理論設計、實踐操作中，逐步培養學生的建模全局思維和開放型創新設計思維。

4結語

計算機輔助工業設計CAID，屬于信息技術的數字化，可視化的建設方法。CAID是利用現代信息技術，將工業設計數字化、信息化，最終達到提高設計效率和質量的目的，信息化時代下計算機輔助工業設計是一種非常先進的設計理念。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思到設計稿，直至實際產品，都可以精確制作出所有圖紙、立體動畫和模型。

在計算機輔助工業設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合，強調啟發式、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，通過對多個參數和控制點的調節把握，看到平時難以想到或看到的現象，豐富立體思維，使學生受到啟發、獲得靈感，進而培養學生建立設計全局性觀念和創新理念，把設計宗旨和含義包容于設計內容之中，更形象、更充分地傳達和體現產品理念和創意，制作出更多真實美感的產品模型。

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