计算机辅助设计几何课程论文资料

第一篇：计算机辅助设计几何课程论文资料

基于三角网格的网格变形综述

作者：谢育钢 学号：1400203026

摘要：网格变形作为一种几何模型交互编辑技术在几何建模和计算机动画中具有重要价值。近年来，网格变形技术得到了国内外研究者的极大关注,且在逆向工程、模拟仿真、工业品创新设计及计算机动画等领域得到了广泛应用。模型表面的细节信息是模型特征的一个重要内容，在网格变形中需要保持这些信息的局部不变性，变形才能有效，符合实际效果。从骨骼变形、曲面变形、空间变形 3个方面对各种经典的网格变形算法进行描述和比较，并提出结论。

关键词：网格变形 Laplacian坐标 空间变形 梯度场

引言

网格变形是通过用户输入编辑操作，几何模型发生相应修改的几何处理技术。随着3D 扫描技术的发展，复杂形状的网格曲面模型相关技术的研究已成为曲面编辑的主流，其在CAGD(计算机辅助几何设计)领域，具有广泛的应用。现代工业的快速发展，基于传统规则形状特征(平面和二次曲面表示的曲面)不能满足现代工业在功能及外形上的需求，自由曲面形状特征的应用在产品设计日益广泛与深入。利用自由形状特征，设计师可以设计出各种复杂多样的品模型，以满足现代工业的设计要求。显然，自由形状特征更加复杂的几何元素，更多的自由度等特点，并且实现模型的建模与处理遇到困难。

然而，目前游戏动画领域已积累了大量的三维数字化模型，利用现有的模型重通过变形处理新编辑出新的模型将大大提高设计师的建模效率，从而设计复杂的模型，提高工作率。实现自由形状特征的设计重用具有重要的意义。从早期的自由曲面变形（FFD）、骨骼蒙皮变形、到近年来流行的微分域(differential domain)网格变形，国内外研究人员不断提出新的有效的网格变形算法并将网格变形技术应用到各种应用问题中。文献

[1, 2]

对基于拉普拉斯(Laplacian)变形为主的梯度域网格变形从变形能量的相关性分析和细节保持性等角度进行了较为系统的综述。本文进一步对其他变形技术，如自由曲面变形，骨骼蒙皮变形研究进行分析，以助对网格变形处理技术更深一步的理解及研究。

1基于骨骼的蒙皮变形

蒙皮是一种基于局部操作的表面变形算法, 该方法可以通过图形化界面为每个皮肤顶点指定对应的骨骼以及对应的权重。“蒙皮”算法速度较快, 但是在指定权重时需要动画师具有一定的经验。“蒙皮”方法本质上是一种插值算法, 其基本原理可以用下式表示:

vMDiii1n1iv

i1ni（1-1）

其中, v是变形前的皮肤顶点坐标, Mi 表示在初始参考姿态下与皮肤顶点相关的第i段骨骼的由局部坐标到全局坐标的转换矩阵, Di1v表示在第i段骨骼局部坐标系中皮肤顶点的坐标值, i表示第i段骨骼对于当前顶点的权值, v表示变形后的皮肤顶点坐标。“ 蒙皮”算法的基本思想是使关节附近的皮肤顶点同时受到与关节相邻的两段骨骼的影响, 影响的大小由权值i确定。

早在1972年，Catmull就提出骨骼驱动的动画技术。1988年，Thalmann提出基于定制函数的3维骨骼蒙皮技术将皮肤的运动看成潜在骨骼的函数。关节依赖的局部变形是最早的骨架驱动的皮肤变形方法，又称骨架子空间变形（SSD）。SSD技术可以由以下公式表达：

v[3]

[4]

wtv

（1-2）

ijjij1s其中vi,vi分别表示变形前后的网格顶点，下标j表示骨架上第j个控制单元所对应的量，s代表骨架上的控制单元个数，tj代表作用于该控制单元的局部变换，可以由用户输入，也可以从运动捕获等途径输入，wij是加权权重，表示骨架对网格顶点的影响程度。SSD计算速度快，但变形效果受加权权重wij的影响，常常会出现几何丢失的情况。针对SSD方法的缺点,Lewis等综合SSD方法和形状插值提出了一种统一的皮肤变形方法,称为姿态空间变[5]形（PSD）方法。PSD方法能有效地对SSD方法变形效果进行修正，可以模拟肌肉凸起以及皮肤折皱的效果,这是SSD等光滑皮肤变形方法无法企及的。Wang等人改进公式(1.1)中的[6]权值,对权值的维度进行了扩展,由一个标量扩展为通过拟合用户给定的样本得到的12个

[7]权值。Ladislav等人通过改进式(1.1)中的线性插值计算方法,将局部变换用球形线性变换替换,得到了更好的变形效果。

2基于曲面的网格变形

2.1基于多分辨率

多分辨率变形算法是一种经典的变形算法。该算法，先把原网格分解成低频信号和若干个高频信号网格。低频信号网格相当于网格的底层光滑模型，而高频信号网格相当于模型上的细节信息。通过多分辨率算法变形，实质上是先对低频信号网格（也叫基网格）进行变形，然后将高频信号网格的细节信息重新整合在变形后的基网格上，达到最终的变形。高频网格的层数越多，模型变形后的局部细节信息就越精确。当然也会导致更多的储存数据，使得整个变形处理花销更大。[8]

图1 图1是多分辨率变形方法的算法框架图。分析可知，多分辨率变形方法实质上是线性变形方法与多层次分解方法的结合。多分辨率变形算法的鲁棒性不够，在大角度或其他特殊变形时候，变形结果不稳定，即变形不自然。主要是由于把局部信息分层来表示模型细节，网格变形是对基网格，而不是整个网格，最终的变形是间接实现，在后来的细节还原时候就会导致不连续，不自然。此外，当分层过多时候，明显增加数据的存储量，必然导致最终实现的延迟，不能很好的实现实时编辑。2.2基于微分坐标

基于微分坐标的变形技术是用微分坐标（也叫拉普拉斯坐标）表示模型的局部细节，在满足用户约束的条件下使模型编辑尽可能多的保持这些反应几何细节的微分坐标。整个变形过程，主要分为两部分：编码和解码。编码是指把欧式空间中的网格顶点的坐标转换到微分域的拉普拉斯坐标。拉普拉斯坐标本质上将模型曲面的局部细节保存起来，再进行变形。解码过程是通过拉普拉斯坐标反求顶点在欧式空间中的坐标，这过程通过求解一个稀疏线性系统来实现。

2.2.1离散拉普拉斯坐标

给定具有n 个顶点的三角网格模型M(V,E,F),V 为顶点集，E 为边集，F为三角面片集合。设v1,vn为点集V 中的点，对于每个顶点vi，用传统的笛卡尔坐标表示，记vi(xi,yi,zi)；用N(i){j/(i,j)E}，表示第i点的1-ring 邻域顶点构成的集合，如图2.1，定义vi处的拉普拉斯坐标为：

iL(i)ijN(i)ijj

(2-1)

i1djN(i)(ij)

(1i)dl()

图2 均匀权微分坐标和曲面的局部特征近似

其中, i为顶点vi的拉普拉斯坐标，L()为网格的拉普拉斯算子，ij为vj点相对于vi点的权值，且ij1。关于权值的计算方法很多，如均匀权值[9]、余切权值[10]、正切权值、弹簧权值等。本文只简单介绍权均匀权值、余切权值。(1)均匀权值计算公式：

ij

1(2-2)di其中，di 为顶点i 的度(邻接顶点的个数)，由于这种权值只是简单的平均，故又称为均匀权值。这种权重直接采用均匀权，与顶点邻接三角面片的信息无关，往往不能满足精度要求。(2)余切权值计算公式：

ijcotijcotij(2-3)

其中,ij、ij 是边i、j的两个邻接三角面片的对角，如图2.2 所示。

图3余切权值

网格变形归结为如下位置约束的优化问题：

min(||(i)i||||piqi||2)(2-4)

2mmii1i1方程经过化简，最终只需求解如下方程问题：

L AVVb(2-5)

Hh求解以上稀疏线性系统既可以求出变形后的顶点的坐标，重新拟合成曲面，既可以实现变形操作。由于拉普拉斯坐标只具有平移和比例不变性，不具有旋转不变性（旋转后法失方向发生改变，导致重构曲面时候受到影响），容易发生扭曲变形。围绕拉普拉斯变形的许多研究工作集中于如何更好地逼近未知的拉普拉斯坐标 ，特别是处理拉普拉斯坐标的旋转问题Lipman[11]通过估计曲面的局部旋转的方式重建变形曲面，即先基于原始拉普拉斯坐标计

[12]算变形网格，基于变形网格求解每个顶点的局部旋转并用该局部旋转对最原始拉普拉斯坐标进行变换，再根据新拉普拉斯坐标重新求解变形网格。Zayer更新拉普拉斯坐标。Zhou

[13]

则沿调和场传播句柄变换以

将拉普拉斯操作从曲面扩展到其内部，用所谓的体拉普拉斯坐标的交互变形技术对由网格顶点构成的3维投影控制曲线变形，并

[15]表示几何细节，采用 Wire

[14]将控制曲线变换传播到所有网格顶点以更新体拉普拉斯坐标，求解类似的优化问题得到变形网格，可以避免体积的不自然变化和局部自交。Lipman

提出基于局部坐标架的离散形表示几何细节，相邻顶点的局部坐标架的差可用其中一个顶点的坐标架表示:

ijiijiijb1jb1i11b112b213Ni jiijiijiiji

b2b221b122b223N

（2-6）

ijiijiijNjNi31b132b233Ni

ij式中，系数kl由原始网格的离散形确定，相邻顶点构成的边向量也可用其中一个顶点的局部坐标架表示:

ji1b12b23N

i,jE

（2-7）

ijiijiiji式中系数kij可由原始网格的离散形和局部坐标架矢量决定。当用户交互指定句柄顶点及其旋转变换后，通过两步的稀疏线性系统的求解依次确定顶点的局部坐标架和变形后的顶点坐标。该方法虽然能健壮地产生高质量的变形结果，但需要用户指定句柄的旋转变换，给使用者带来了不变，限制了该方法的应用特别是不适用于那些非交互的网格变形应用。2.3基于梯度域

除了这些使用Laplacian坐标来表示网格,并以此控制网格变形的方法之外, 还有以网格梯度场来表示的网格变形。Yu等人受到二维图像上的Poisson编辑通过解此方程得到变形后网格的新顶方法进行更深入的研究[18]

[17]

[16]的启发,在网格曲面上建立起三角形的梯度,要求变形后的三角形梯度的散度变化最小,从而得到Poisson方程,。Xu等人将墓于Poisson的三角网格梯度场的变形

。Summer等人利用变形梯度来复制网格变形及基于网格的逆向运动学变形,他们将网格上的三角形通过新增一沿法向量的虚拟顶点扩展为四面体,然后以四面体变形前后的局部变换作为变形梯度来表示网格的变形。可以证明基于三角形梯度场及变形复制的变形梯度在理论上是等价的[19]

。基于梯度场的网格变形技术,与基于Laplacian坐标的网格变形技术一样都是操作网格模型微分属性的变形技术,因此对于梯度场也需要估算其局部变换。前述的基于测地线、调和场等方法同样适用于基于梯度场的局部变换计算。2.3.1网格上的标量场

在网格M上任意顶点i处取值f(i)fi，且在M上任意其它点v处取值为其中i()是分段线性基函数，在顶点i处取值为1，其他顶点i(ji)f()fii()，i处取值为0。们称函数f为定义在域网格侧上的标量场。显然,域网格M的顶点坐标的三个分量可视为定义在其自身之上的特殊标量场。2.3.2矢量场分解

Hemlhotlz-Hdoge矢量场分解定理以分解为三个组成部分:

wvh

（2-8）其中是一个满足()0的标量势场,v是一个满足()0的矢量势场，[3][20]

深刻刻画了矢量场的内在性质,该定理被认为是上个世纪最重要的数学发现之一。这个定理描述的是位于任意区域几内的光滑矢量场w可h是一个满足h0和h0的矢量场。、v和h这三个分量又分别称为无旋(Curi Free)分量、无散(Divergence Free)分量和调和(Harmonic)分量。2.3.3梯度算子

离散梯度算子的定义依赖于域网格一上的分段线性基函数的梯度i(v),在此基础上,我们定义域网格M上的标量场f在任意一点M处的梯度为:

f(v)f(v)

（2-9）

iii在域网格M上的任意三角面片T(v0,v1,v2)内任意点v处, 其三个顶点处的分段线性基函数0、1和2的数值等价于v点相对于三个顶点的重心坐标分量。

顶点v0处的基函数0的梯度向量：

090190R(v2v1)

（2-10）2AT其中R代表以三角面片T中心为原点,绕T的法向量逆时针旋转90度, AT表示三角面片T的面积。容易看出,顶点v0的基函数的梯度向量的方向为对边(v1,v2)的高的方向,模长为高的倒数,且在整个三角面片T内取值为常数。2.3.4散度算子

给定域网格M上的一个矢量场w,它在M的任一三角形Ti上取值为常数w=w(Ti),我们定义w在顶点vi处的散度为

divw(vi)TNT(vi)w(T)i|TAT

（2-11）

其中AT指三角形T的面积，i|T为顶点vi处基函数的梯度。

2.3.5坐标重建

显式地转换成编辑后网格模型的顶点坐标,这一过程称为坐标重建，可以归结为求解如下的泊松方程:

fdiv(f)divw

（2-12）其中w来自梯度场,f为重建得到的坐标分量,依次对x，y，z三个坐标分量分别根据其对应的梯度场求解泊松方程,我们就完成了坐标重建的过程。实际上,公式(2.16)等价于如下的稀疏线性系统:

Axb

（2-13）其中方程求解的未知向量x代表了重建网格的顶点坐标,系数矩阵A由域网格M决定。由于泊松方程的系数矩阵是不满秩的,若方程未知数个数为N,其秩为N-1,因此我们必须至少固定一个顶点的坐标作为边界条件来使得系数矩阵满秩,这样泊松方程就有唯一解了。泊松方程本质上求解的是一个全局最优解。

3基于空间变形的网格变形

3.1自由变形技术

Sederberg和Parry首先提出了自由变形(FFD)的概念,其基本思想是把变形定义为从原始物体空间到目标物体空间的三维映射。具体方法是通过将网格模型嵌入到变形晶格中(Lattice),通过控制变形晶格的顶点变化,达到对嵌入其中的网格模型进行变形的操作，即，通过对控制网格的顶点的位移向量作为系数进行三变量张量积插值表示3维变形场:

d(u,v,w)[8]

ijkcijkNil(v)Nkn()

（3-1）

在此方法中存在着两个映射过程:首先将世界坐标系中网格模型上的顶点坐标映射到变形晶格所定义的局部坐标系的对应点(局部坐标);然后将变形后的局部坐标系中的点映射回世界坐标系中的顶点。后者映射采用了张量积Bemstein多项式,因此嵌入其中的网格模型变形趋势与变形晶格的形状是一致的。由于此变形方法的简单,易操作,变形效果也符合一般应用的要求,所以很早得被商业造型软件所广泛使用,一个典型的代表是Maya,见图4。

图4 此方法的基本思想成为后来众多扩展的基础,仅仅是映射函数定义上的不同,就产生了许多变种。尽管做了写改进，该方法在映射过程中需要通过复杂的数值方法求解，计算量太大，导致执行效率不高。

Coquillart 等的方法使得包围盒可以有更多的形状选择，如圆柱体、棱柱等。Ju等

[21]提出的基于广义重心坐标的网格编辑技术的思想，其主要是通过改变权值的计算方法实现的，该方法在编辑灵活性以及时间计算效率上都有很大的改进。Lipman等人提出了基于格林坐标的自由变形技术,此方法改进了均值坐标仅仅插值网格顶点,增加了三角面片上的法向插值,因此能够得到更好的自由变形效果,而且此方法有闭合的计算公式,只需线性解就能得到变形结果,因此效率上比调和坐标好。

图5

3.2基于径向基函数RBFS的网格变形

基于散乱数据插值的径向基函数插值技术可以生成光滑的插值曲面，被广泛的应用于曲面重构等应用。由一组中心点cj和相应的权wj定义的三变量径向基函数为：

f(x)w(cjjjx)p(x)

（3-2）

式中，(cjx)是定义在中心cj的径向基函数，p(x)是保证精度的低次多项式函数Chai基于空间径向基插值建立运动捕获人脸模型和虚拟人脸模型的对应以及人脸表情变

[23]形之间的对应。Botsch等人定义类似的3维径向基插值变形场，通过求解一个线性系统，得到作为未知变量的径向基混合权和低次多项式的系数，从而确定变形场对嵌入其中的形体进行变形。[22]4结论

上述变形算法各有优点，也各有自己的局限性。基于骨骼的蒙皮变形的骨架生成比较简单，操作相对也简单直观，但对于骨架不明显的模型，还需要结合其他的变形技术，而且骨架与皮肤的关系设定复杂，权重的设定往往需要反复试验和调整，在细节保持方面比较差，在实时操作中计算复杂，未能达到快速实时变形操作。现存的骨骼蒙皮绑定技术都或多或少会使模型产生形变失真,尤其是在关节处,所以提高皮肤变形真实感和动画实时性就成为绑定技术的目标。而微分表示方法具有完备的离散微分算子集合,包括梯度算子、散度算子和Laplacina算子,而基于Laplacina坐标的方法中只有Laplacina算子。因此,微分表示方法的理论基础更为坚实。梯度算子的定义使得它能够基于三角面片进行几何分析,而基于Laplacina坐标的方法则只能基于顶点的一环邻域进行分析。由于三角面片是网格的最小组成单元,所以算法分析对象的粒度更小。自由变形技术的优点是几何直观性很高,算法效率也较高。缺点是用户变形的是代理模型所代表的几何空间,而原始模型的形变是作为嵌入物体间接完成的,这导致了变形过程中容易出现几个方面的问题:其一,由于变形后的顶点坐标是逐顶点进行计算的,所以邻接顶点的变形位移增量可能并不一致,因此不能保证变形结果中的几何细节能够被有效保持;其二,由于原始模型需要参数化到代理模型所表示的空间之中,因此代理物体的选择直接影响变形效。

总而言之，空间变形技术、骨架驱动的变形技术在控制手段及形速度上,都能很好地胜任光顺网格的变形,但对于细节丰富的网格模型,其变形质量较差。基于网格曲面的变形技术解决了变形质量问题,但不便于变形控制且变形速度较慢。微分域方法以独特的优势，已经成为图形学领域的热点问题,新的扩展和应用不断涌现。虽然微分域方法的创建工作基本完成,理论基础和应用框架基本定，但是微分域方法中仍然存在一些关键难题,尚待解决。

参考文献

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第二篇：课程规划(计算机辅助设计)

课程教改规划

-----计算机辅助设计课程

学院建设骨干校期间，对计算机辅助设计课程教学提出了新的任务和要求，迫使计算机辅助设计课程教学内容、教学方法、教学手段和人才培养模式必须进行改革。计算机辅助设计课程教学改革一方面必须从设计的实际出发．系统的讲授计算机辅助设计基础的相关基本知识。计算机辅助设计是计算机专业的一门专业实践课程。对于计算机专业的学生，在有限的学时内让学生快速精通多种计算机辅助设计软件的使用，培养学习兴趣，通过经典案例教学并结合国家职业资格考试针对性实验，让学生从被动学习变为主动学习是教学的重点。

一、顺应市场需求，确定人才培养目标

针对目前人才市场的需求变化，怎样培养出具有综合性设计策划、实施能力的应用型人才，就成为高等职业教育中不容忽视的课题。这就要求我们构建一个既强调计算机辅助设计与数字技术、职业素养与技能并重，又强调课程教育和课题实践并行的教育培养模式。有针对性地构建学生的知识、能力、索质结构，强化岗位知识的学习和运用，完善、充实教学内容。这样，学生走上工作岗位后，上手快、动手能力强，经过一段时间的磨练，可成为广告艺术设计方面的技术人才。

二、科学合理构建课程体系，制定和完善教学大纲

在课程设置、学时分配、实习实训等内容上，结合专业方向及培养目标。紧紧围绕把学生培养成具有实干精神和创新意识的应用型、技能型专门人才的要求，作为制定教学大纲的宗旨，根据市场要求和高职教育的要求，对课程进行调整、整合，对课时进行科学合理的调整，对课程教学大纲进行改革、创新。基于高等职业教育的这一特色，所以必须加强实践教学环节，提高学生实践能力，突出综合素质培养，强化岗位技术教育。目前，本校的计算机计算机辅助设计课程完全采用实践式教学，可提高学生的动手能力、分析问题、解决问题能力和综合素质。并在完成基础课程教学之后增加了两周的课程设计实训，使学生对所学知识加以巩固，提高技能操作的熟练程度，增强实际应用能力，让学生懂得活灵活用。

三、计算机计算机辅助设计课程教学改革的措施

首先，加强计算机计算机辅助设计基础理论的学习。

计算机计算机辅助设计课程的学习中会涉及诸多理论知识。因此，完全有必要使学生熟悉了解基础的平面广告理论知识，开阔视野，面向市场来认识计算机辅助设计。我们的课程教学要让学生拥有良好的理饵能力和表达能力以及丰富的市场知识和健全的法规意识，准确的说这就是计算机辅助设计的基本要求。它包括理解的准确和表达的准确。所以在课程教学中，应要求学生必须拥有很强的实际操作能力，特别是电脑的设计应用能力。包装自己作品的意识也是计算机辅助设计专业人员必备的。优美的文字说明、作品的装裱、从容对客户解释创意来源、正确评论他人的作品都属于计算机辅助设计专业人员的包装技巧。这些意识在学生课题设计和实训设计中均要得到加强，培养学生从多学科的角度看待广告作品的内涵与表现，深入分析作品，为自己的计算机辅助设计提供经验。

其次，调动学生的学习热情，增强学生的参与意识，提高学生创作能力。

将课程调整重点放在图形创意上，可以采用多媒体和幻灯等现代化教学手段。通过大量欣赏中外优秀的平面广告设计的创意图形，引导学生对作品的字图形、色彩、结构等进行大胆地变形，打散重新构成，并运用形象法，意象法，装饰法等手法大胆联想，以抽象或具象图形创构新的图形；让平面图形设计从二维平面，走向三维空间，学会运用混维的创意手法，使图形的表现空间得到进一步的拓展。

最后，加强校企结合，有效利用校外专业实训基地。

校企合作培养模式是以探索开发和提高学生适应能力为前提，共享资源，共建培训基地和实习实践基地，共同制订学生培养方案的一种紧密型实质性的办学模式，是企业、学校、学生三方共同满意的办学模式有利于实现高等职业教育校内教学与校外教学的深度融合，是提升高等职业教育水平的必然选择，也是创新人才培养模式的主要内容。

总之，只有强调计算机辅助设计与社会、文化、经济相结合，才能够培养面对现代各种挑战进行战略性思考和决策的计算机辅助设计人才。

第三篇：计算机辅助设计课程心得体会

五、课程设计的心得体会

本学期我们开设了《计算机辅助设计（三维）》课程，本门学科属于辅助设计软件，其实用性很强，对我们的专业有很强的联系。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期即将结束之际，紧接着来一次3dmax课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对3dmax软件的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。从选题到定稿，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到 了很多在书本上所没有学到过的知识。使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结 合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力

这一周的课程设计，先不说别的，就天气而言，确实很艰苦。人在低温下的反应是很迟钝的，手都冻僵了无法很好的活动。天气本身很冷，故在上机操作时，真是艰熬，坐下来才一会，就全身凉透，但是凛冽的寒风挡不住我们求知、探索的欲望。通过我们不懈的努力与切实追求，终于做完了此次课程设计。

在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如在建模时遇到一些复杂的模型，我也能静静的用心去想，希望能找到更好的建模方法，最后还是如愿以偿的完成了我个人对它的制作。但在材质和灯光的处理上不是那么一帆风顺了，经过同学的帮忙和自己的慢慢摸索最后做出这样的效果，但终于做出来的效果并不是那么完美的，还有很多缺陷，感觉很惭愧。这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了先前学的3dmax的理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些。

最后我要感谢陈老师在本次课程设计过程中给予我的帮助，是陈老师不畏寒冷的天气每日都来监督我们作课程设计，才使我们顺利的完成此次课程设计。

首先我先谈谈做设计与做工业设计的区别。

设计是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程。有目标有计划的进行艺术性的创作活动。可分为商业性质和艺术性质两大类。

工业设计的定义是“就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工及装饰以新的质量和资格，叫做工业设计。”

可见工业设计没有设计那样广泛，设计包含工业设计，我认为工业设计不能为自己在做设计，必须考虑适应的人群，一切以特定人群为出发点，不像设计广泛到可以已自己为出发点，注重强调自我,以自我去感染别人。你可以单纯的为艺术做设计，但绝对不能单纯的为艺术而做工业设计。它只能是在实用的前提下，保证结构，功能，生产基础上的艺术创作。可大批量生产，能改善提高人的生活质量，以人为本，强调形式追随功能的“自我”创作。

这不是一个成熟的专业，只少在中国，因为貌似在大学学的很广，貌似什么都能搞，但却是严重的细分不明，就是大三了到现在都不知道自己要做些什么，这个专业将会很有意思，也许我在抱怨调到这个专业的同时，并不清楚自己想要学习什么专业，那些电子自动化之类的专业或许只是为了就业而学习，而工业设计却包含着一些追求，即使它的就业真的很不行，这是一个很脆弱的专业，貌似研究生的出路不是去搞设计，而是去高校当老师，然后去教导一些新学生。

能让用户接受，提高了生活质量，并制造了预定的产值的设计就是好设计。就怎么做好好设计而言我们还存在很多问题。首先在设计定位上普遍缺乏深思考，通过看毕业设计和我自己做的作业我发现大多都有设计判断不准确这一问题，虽然我们做的设计比较全面，但真的生产以后在激烈竞争的市场上未必有好的销量。我们把握不好我们设计作品的买点是否真会在市场竞争中有市场。更多的时间花在做草图，渲图，展示„„等方面，在前期做设计定位时分析的还不够透彻。而正确有意义的定位再加上好的创意制作才是真正工业设计的设计

第四篇：计算机辅助设计课程小结

计算机辅助设计1课程小结

两个周的软件课程转眼即逝，学习了CorelDRAW和Photoshop两款作图软件，并做了相应的练习，如标志设计、名片设计、广告单页设计等，对我们从认识了解到接触深入有一个很好的学习过程。

Coreldraw是矢量图形制作工具软件，这个图形工具给设计师提供了矢量动画、页面设计、网站制作、位图编辑和网页动画等多种功能。它包含两个绘图应用程序：一个用于矢量图及页面设计，一个用于图像编辑。这套绘图软件组合带来了强大的交互式工具，可以使我们创作出多种富于动感的特殊效果及点阵图像即时效果在简单的操作中就可得到实现——而不会丢失当前的工作。通过Coreldraw的全方位的设计及网页功能可以融合到我们现有的设计方案中，灵活性十足。

Photoshop是集图像扫描、编辑修改、图像制作、广告创意，图像输入与输出于一体的图形图像处理软件，它的应用领域很广泛的，在图像、图形、文字、视频、出版各方面都有涉及。其中，平面设计是Photoshop应用最为广泛的领域，无论是我们正在阅读的图书封面，还是大街上看到的招贴、海报，这些具有丰富图像的平面印刷品，基本上都需要Photoshop软件对图像进行处理。Photoshop还具有强大的图像修饰功能。利用这些功能，可以加快修复一张破损的老照片，也可以修复人脸上的斑点等缺陷。

第一周,我们通过两个软件的界面认识了解了它们的相同与不同之处，如大体布局是相同的，菜单栏、工具栏、作图区。不同之处如需更改，Photoshop有一个图层面板可以看到图层，需要点击要修改的图层才能进行更改，Coreldraw可以点击对象直接更改，最后做好可以群组，不必担心移动整体变成移动单个对象。之后用Coreldraw做了一些简单的标志设计和名片设计，我做的标志设计是对称的色条，先用贝塞尔工具画曲线，然

后转化对象成面，在用交互式轮廓图工具，名片设计主要改变了它的质感，然后运用了底纹填充。第二周，主要运用Photoshop做一个广告单页设计，先要搜寻素材，然后做框架，拼贴，运用仿制图章工具进行修图填充等等，其实不是太难。

通过两周的学习，让我学习了CorelDRAW和Photoshop两款软件的使用，虽然不能变成软件高手，但也是个入门人员。虽然遇到了一些困难，但是在询问知道了怎么做后，真的是受益匪浅。课程虽然结束，但学习的尽头不会停止，我会继续努力的。

第五篇：计算机辅助设计课程教学方法的探讨

计算机辅助设计课程教学方法的探讨

上海理工大学机械工程学院 王新华 陈彩凤

[摘要] 本文对计算机辅助设计课程的教学方法进行了详细的分析与探讨，结合实际产品设计过程中积累的一些体会和经验，提出了具有一定建设性的切实可行的教学方法和合理化建议，为计算机辅助设计课程教学提供一些有益的参考，提高了课程的实践性和应用性。

[关键词] 计算机辅助设计 教学方法探讨

一、概述

计算机辅助设计课程是机械类近机类专业的一门重要的技术基础课程，为适应产品设计的快速发展，优化产品设计结构，提高产品设计效率，该门课程的学习对今后从事产品设计的学生来说至关重要。根据多年的教学发现，学生对于该门课程的学习积极性并不是很高，旷课迟到的现象时有发生。经与学生座谈，问卷调查，了解到学生对于该门课程内容和体系的设臵大多不感兴趣，认为所学内容与以后从事的工作脱节较为严重。教学团队对该门课程进行了细致深入地探讨，大刀阔斧地对计算机辅助设计课程的教学内容和体系进行了改革，提出了一套行之有效的方法和教学思路，并在教学过程中加以应用，获得良好的教学效果，促进了我校计算机辅助设计课程的精品建设。

二、计算机辅助设计课程建设的思路和规划

（一）精心规划教学内容，改变广而不精的现象

以前的计算机辅助设计课程，通常存在着内容广而不精的现象，有关计算机辅助设计的内容，基本上都会在教学内容中出现，看上去学生可以学习很多内容，然而学生对于这些有关计算机辅助设计的知识通常很难精通。具体体现就是无法将学习的先进设计理念和方法运用到产品设计中，遇到具体问题往往不知如何入手，就是能够运用到实际的产品设计中，通常也是一知半解，对设计计算结果不知如何分析。

根据上述现状，教学团队组织编写了新的计算机辅助设计课程教学大纲，精心规划了教学内容，编写出版了《计算机辅助设计与制造》教材，并开通了网上教学，成功地申请到上海理工大学精品课程。配合精品课程建设，新的大纲和教材根据当前市场的设计需求，注重产品的设计需求及应用，删除了一些繁琐复杂的计算机理论知识，更新了一些新的设计理念和方法，引入了一些先进的设计软件与制造软件。

实际教学中除了原有的二维设计理论及AutoCAD软件的应用，依据当前产品设计的发展趋势，增加了通用的有限元分析软件ANSYS的学习和应用，提高了学生对产品设计的分析能力；扩展了常用三维软件的应用，如Solid Works，Pro/E,CATIA等，增强了学生三维建模的能力，将二维与三维设计融合于一体，更新了传统的设计理念，加深了对设计的理解和深化；将CAD/CAPP/CAM/PDM知

识融会教学并应用。精心规划的教学内容，真正体现了产品的设计过程和思路，将设计与制造融会贯通。通过学习学生对产品设计与制造的先进理念和体系有了一个全面的了解和掌握，实时把握产品设计的发展方向。

具体教学过程中，学生可以根据自己的专业背景，选学不同的编程与绘图软件。对于三维绘图软件，模具专业的学生可以选学UG软件，汽车专业的学生可以学习CATIA，而其它专业的学生可以学习更为方便实用的Solid Works软件，当然也可以选择Pro/E软件，每个至少精通一门三维软件的应用；而编程软件根据学生的具体情况，可以分别选学Visual C或VisualB.NET。这样将学习内容与学生以后从事的工作和兴趣结合起来，做到学有所用，学有所好。

（二）面向实际工程项目，开展系统教学模式

计算机辅助设计课程实用性很强，在教学中理论能否与实际设计相结合，关系到该门课程的教学成败。然而长期以来由于多方面的制约因素，该门课程理论教学学时占比过重，学生学习的多数是理论知识与概念，无法与生产实际相结合，造成了理论与实际的严重脱节。学生学习了一堆枯燥的设计理论，却无处施展，自然缺乏学习积极性，旷课迟到的现象发生就不足为奇了。

在新的教学设计中，课程将理论和上机课时重新进行分配，比例为1：1，并将理论和上机内容相适应，做到学以致用。上机内容都是实际产品的设计与分析，在上机前教师进行必要的引导，让学生独立设计与规划整个设计分析过程，培养学生独立思考和分析问题的能力，大大提高了学生的学习兴趣，丰富了教学内容，拓展了设计深度与广度。

遵循产品设计与制造的整个流程，上机安排规划从CAE，CAD到CAM涵盖了计算机辅助设计与制造的所有环节；上机安排内容均面向于实际工程结构件，学生选用三维软件首先建立产品的三维实体模型，根据需要转化成二维图形，并标注尺寸，公差及书写技术要求，最终以合格的二维工程图纸的形式提交。结合所学有限元分析软件基于所建立的三维实体模型的结构件的工况条件进行受力分析，了解正常工作状态下，产品的强度和可靠性是否满足要求。最后，利用CAM软件模拟编制加工工艺，选择虚拟刀具进行加工模拟。通过上机的教学环节，学生不仅掌握了计算机辅助设计的知识与软件，而且对产品设计制造的过程有了一个系统的了解，对设计与制造的理念更加完善。

计算机辅助设计课程后期，为让学生真正掌握所学知识和内容，在新的教学计划中安排两周的计算机设计生产实习，让学生利用所学习的知识，去分析解决实际的生产问题，锻炼学生实际解决问题的能力，发现学习中存在的问题，在实践中培养独立分析和处理设计中的问题。

配合上海市重点学科建设项目《三维动态夹具图形库的建立》，在学习完计算机辅助设计课程后，我们组织安排了部分学生参与该项目的设计与规划，教师只在方向上给予指导，学生组成开发小组，对课题进行了精心的组织与设计，完成了项目的总体设计，参数化程序编程，三维夹具图形库的建立，并以数据库的形式组织实现夹具的参数化设计。项目获得上海理工大学教学成果三等奖，学生不仅将所学知识运用到实际的课题项目中，而且培养了组织和规划研究课题的能力。

（三）注重课程的延续性，培养学生创新能力

新的教学模式中将计算机辅助设计课程学习贯穿于大学四年的整个学习过程中，而不仅仅是一门课程而已。这是一个全新的培养理念，它将计算机辅助设计与各专业课的学习有机的结合起来，将先进的设计方法和理念应用于各专业学科，拓展了学习深度与广度，使该门课程的学习得到了延续，也丰富了其它课程的学习。

例如笔者在中德学院的机械零件课程设计中，率先打破原有的设计模式，将计算机辅助设计的内容贯穿于整个课程设计之中，改变了过去单一的设计模式和陈旧思路，获得了良好的效果。具体实施是每人一项设计任务，不规定设计什么类型的减速箱，学生可以根据设计要求规划设计方案，绘图不再规定二维三维图形，软件可以自己选用，设计时间不再集中在两周内完成，让学生有足够的时间去完善自己的设计方案，也可以利用所学计算机辅助设计软件对产品进行结构优化。这样将学生学习的先进设计方法应用到课程设计中。最后学生提交的作业表明，学生的主观能动性得到充分的发挥，呈现了一些非常优秀的作品。

在学校组织的产品设计创新活动中，鼓励学生积极参与其中，在机构创新设计中，利用计算机辅助设计方法对产品设计方案与规划进行验证和优化，建立虚拟样机进行动态仿真，产生了一些具有一定实用价值与独特穿新的作品，推动了我校创新活动的深入，建立了学生创新设计平台，在各种大奖赛中屡屡获得奖励，取得了丰硕的教学成果。

配合学校毕业实践活动，让部分毕业生参加见习工程师认证考试。笔者以实际科研工程项目为背景，开展系统教学模式，学生积极报名参与。在去年的认证考级中，95%以上的参加学生顺利通过认证考试，拿到见习工程师考级证书。为今后卓越工程师的培养奠定了良好的基础。

（四）改革课程考核方式，突出综合能力测试

计算机辅助设计课程既然是一门应用课程，当然应该对学生的实际应用能力进行考核与测试，而不再是过去的理论考试。过去计算机辅助设计通常采用闭卷的考试形式，学生需背诵很多计算机辅助设计概念和理论，应用性的题目只是让学生写出相应的操作过程，没有实际的上机操作，很难综合考察学生的实际能力。学生对这种形式的考试只是应付了事，根本无法掌握计算机辅助设计课程的核心内容。

新的教学大纲将该门课程调整为开卷考试，理论测试与上机考核相结合。理论测试都是一些利用计算机辅助设计的概念和理论去组织分析生产中存在的一些设计问题，不是仅仅记住一些抽象的理论就能轻易解决的问题，而是要求学生综合所学知识去分析和规划，这样才能真正考核一个学生的实际能力，调动学生的学习积极性。理论考核统一进行测试，而上机考试内容和方式各教学老师根据实际情况可以自行调整和安排。一般上机考试不再局限于最后集中测试，教师可以根据学生平时的上机情况，实时掌握学生的设计能力和水平，客观真正地评判学生的学习成绩。具体实施中，平时上机的考核显得尤为重要，因为大部分的操作与设计都是在这个时间内完成的，学生的能力水平从平时的上机作业中可以很好地体现出来，教师可以每次的上机进行跟踪考察，最后的上机考试只是考核学生综合分析问题的能力。通过平时和考试的综合测试，学生的能力自然可以得到更客观地评价。

三.总结

综上所述，我校的计算机辅助设计课程教学配合精品课程建设，打破了原有的教学观念，与时俱进，积极进取，进行了深入的改革和实践，适应了产品设计技术的发展趋势，改变了过去那种与市场严重脱节的教学模式。通过不断的摸索和实践，教师的教学方法和思路也在不断的完善，培养的人才素质得到提高。毕业学生逐渐得到用人单位的认可和好评，说明我们的培养思路和模式真正走上了正规。当然随着科学技术的发展，计算机辅助设计课程的教学改革仍然任重而道远。只有不断创新和改革，才能真正培养出具有创新能力的合格人才，提高我国先进设计与制造的水平。

[参考文献]

[1] 殷国富主编《计算机辅助设计与制造技术原理及应用》四川大学出版社 2001年11月

[2] 仲梁维 张国全主编《计算机辅助设计与制造》北京大学出版社2006年08月

[3] 邱宣怀 主编《机械设计》高等教育出版社1997年07月

[4] 黄胜伟 主编《计算机辅助设计（CAD）》科学出版社 2002年

 文章发表请注明：

本文的研究受到（1）教育部特色专业建设项目（TS10222）；（2）上海理工大学“计算机辅助设计”精品课程建设项目的资助

作者：王新华，男，出生于1969年9月，上海理工大学机械工程学院讲师，工学硕士，研究方向机械设计及理论，发表科研论文数十篇。

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