“產品外觀設計與渲染”線上課程建設及教學設計研究

摘要：課程以“玩偶、汽車、雕塑、飛機”等產品為對象，選用全球業界領導品牌CATIA為軟件平臺，講解產品外觀設計與渲染的相關技術。遵照循序漸進的原則，設計了外觀設計基礎知識、創成式外形設計、創成式外形設計應用實例、曲面優化與渲染、曲面優化與渲染實例等教學內容，詳細講解產品外觀設計與渲染的設計流程與渲染方法。思維方式、基礎訓練、實踐應用、能力提高并重，系統和全面地傳授產品外觀設計與渲染的核心知識與專業技能。

關鍵詞：產品外觀設計與渲染；CATIA；線上課程建設；教學設計

中圖分類號：N41文獻標識碼：A

作為機械工程領域的高端應用軟件，CATIA代表了行業的高水平并引領著行業的技術發展［13］。CATIA起源并成名于航空工業，普及于現代制造業，它可以幫助用戶完成大到飛機小到螺釘的設計，提供了完備和系統的設計能力。CATIA自引入國內以來，迅速被廣大工程技術人員認可和接受，其全面的計算機輔助工程解決方案、豐富的功能模塊及系統的體系構架支持從概念起始的設計、模擬、分析、制造、組裝、銷售直至維護的全部工業流程，極大地提高了產品研發的效率和技術水平［46］。

曲面設計是CATIA在造型方面非常強大且極具特色的一個模塊組，從某種角度上講，正是該模塊組成就了CATIA在CAD及衍生發展的CAE、CAM領域的領軍地位［79］。該組模塊包括自由曲面和創成式外形設計，同其他軟件的曲面造型功能相比，無論正向設計還是逆向設計均同樣出色，對于非參數曲面修改也更為便捷，產品的曲面流暢性更好。

1課程介紹

課程注重產品外觀設計與渲染的原理和技術特點講授，依托但不依賴于特定的軟件平臺，強化知識的普遍性與使用者的適應性，便于成果共享與團隊協作；知識點的技術示例與應用實例設置豐富，針對性與可操作性強。示例及實例選自實際產品或工程項目，兼顧技術性和實用性，避免形成軟件操作步驟的簡單羅列與空洞技巧的展示；采用教案、講義式風格編排課程資源，方便自學、復習以及對關鍵內容的快速與專門查詢；配套團隊主編的規劃教材、實訓集，以及相關專業圖書，分享工程經驗與教學成果，全面提升學習效率與效果［10］。

2在線課程運行情況

“產品外觀設計與渲染”線上課程資源包含：581個教學視頻，資源占比27.79%，視頻總時長1452分鐘；圖片1510張，占比72.21%；測驗和作業習題總數376道，考試題庫30套，非視頻資源20個。

第1期開課時間為2017年9月1日，累計選課人數512人，其中共有301名學生，來自65所學校。第2期開課時間為2023年1月1日，累計選課人數338人，其中共有300名學生，來自39所學校。第3期開課時間為2023年7月16日，累計選課人數323人，其中共有288名學生，來自17所學校。

3建模思想的構建與教學

整個葉片建模的設計思想為先中心再周邊，難點是葉片外形的設計造型。為了確定葉片外形的造型設計，首先設計了草圖3（圖6）和草圖4（圖8），利用投影、直線、填充等命令構建出繪制投影在xy平面、用于葉片輪廓設計的區域（圖13），在完成草圖5的繪制后，利用拉伸、分割命令，完成單片葉片的外形設計，最后利用圓形陣列命令，完成風扇葉片的整體造型。

結語

基于CATIA三維設計軟件的“產品外觀設計與渲染”課程教學設計中設置了大量實操案例，但產品的造型構思、建模思想往往對產品的外觀設計起著決定性作用。在教學中應避免對軟件操作步驟的簡單羅列，在展示軟件操作技巧的同時，應著力講解產品的外觀設計思路，配合CATIA三維設計軟件，對設計思路進行造型實現，是本門課程教學設計中著重考慮的問題。

參考文獻：

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［3］馮莉.談CATIA軟件在汽運技術專業中的教學改革［J］.遼寧高職學報，2011，13（04）：3637.

［4］楊雨圖.CATIA軟件在數控教學中的應用［J］.中國制造業信息化，2009，38（21）：4043+47.

［5］邢莉，惠學芹，馮偉.淺談CATIA在機械制圖教學中的應用［J］.科技視界，2012（22）：8284.

［6］陳小亮，劉晨.四步教學法在CATIA三維設計課程教學中的應用［J］.時代農機，2017，44（05）：143144.

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［8］楊帥，李思奕.基于CatiaV5的復雜不規則曲面逆向建模研究［J］.機械工程與自動化，2021（03）：187188+191.

［9］張繼承.CATIA曲面法向量和坐標轉換的算法研究與應用［J］.計測技術，2020，40（04）：510.

［10］劉宏新，ACADEMICTEAM/SQU（主講）.產品外觀設計與渲染（線上課程）［EB/OL］.20240118.https：//www.xueyinonline.com/detail/240651427.

［11］劉宏新，劉招金，李金龍，等.CATIA曲面設計基礎與工程實踐［M］.北京：機械工業出版社，2019.

基金項目：江蘇省教育科學“十四五”規劃2021年度課題“基于數字孿生的新工科創新型人才培養模式研究”（B/2021/01/80）

作者簡介：林卿（1985—），男，漢族，江蘇宿遷人，博士，副教授，研究方向：三維設計與激光加工。