高職JewelCAD首飾設(shè)計教學中學生建模錯誤分析及對策思考

嚴忠

【摘 要】結(jié)合具體案例，分析高職JewelCAD首飾設(shè)計教學中學生在三維空間認知思維方面的錯誤和曲面建模方式的錯誤，并分析錯誤產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)對策。

【關(guān)鍵詞】高職 JewelCAD軟件 首飾設(shè)計 建模 錯誤 對策

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）04C-0155-02

JewelCAD軟件是一個珠寶設(shè)計軟件，它的出現(xiàn)一定程度上滿足了珠寶首飾工業(yè)化、精細化、個性化生產(chǎn)的需求，是目前珠寶設(shè)計制作生產(chǎn)的常用軟件。但該軟件專業(yè)針對性較強，行業(yè)特征明顯，不具有跨行業(yè)的廣泛應(yīng)用性，建模方式、學習和教學方式、基礎(chǔ)知識的儲備與其他軟件有明顯區(qū)別。加之JewelCAD的應(yīng)用推廣和高職教學的時間短，缺乏應(yīng)用廣度和深度的積累，行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的認識和交流也比較少。因此，在高職JewelCAD首飾設(shè)計教學過程中，學生在制作實例時往往出現(xiàn)一些意想不到的錯誤。為了分析高職JewelCAD首飾設(shè)計教學中學生制作實例時常出現(xiàn)的錯誤，制定更加合理的教學計劃和內(nèi)容，從而提高教學效果和學生的技能水平，筆者擬整理遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學院歷年寶石專業(yè)學生JewelCAD練習中的作品案例，分析并歸納練習中的常見錯誤，探究這些錯誤產(chǎn)生的原因，并為課程教學提出對策建議。

一、三維空間認知思維方面的錯誤及教學對策

JewelCAD作為一款三維設(shè)計軟件，對三維空間關(guān)系和建模的基本認知將直接奠定軟件操作的基礎(chǔ)。許多學生空間認知仍然停留在二維的基礎(chǔ)上，不能正確認知三維空間上的尺度和延伸，即不能正確認知軟件中世界坐標（X軸、Y軸、Z軸或水平軸、豎直軸、進出軸）所描述的空間體系；也不能正確認知軟件的點構(gòu)成線、線構(gòu)成面的基本建模方式。其實寶石專業(yè)學生如果之前有寶石鑒定方面的結(jié)晶學課程基礎(chǔ)的話，在寶石晶體講解及實踐課程中就有關(guān)于晶體定向晶體結(jié)構(gòu)方面的知識，應(yīng)具備一定的三維空間認識的基礎(chǔ)。

在教學中，三維空間方面的錯誤主要體現(xiàn)在：第一，當切換視圖觀察編輯物件時，尤其當物件較多、線條密集、首飾空間結(jié)構(gòu)復雜時，不少學生不能夠分清線條的延伸走向、點所在的位置、物件的堆疊交叉層次關(guān)系，以致在繪制曲線時出現(xiàn)偏差，物件結(jié)構(gòu)不符合首飾工藝特性。例如，許多學生剛開始學習的時候，不習慣每一步驟完成后切換視圖觀察效果，往往在某一個特定視圖中達到效果，就直接進入下一個操作，導致出現(xiàn)許多“返修”現(xiàn)象。第二，學習初期的學生，在使用直線延伸曲面等工具的時候，不能將其延伸成三維立體曲面，而是延伸成片狀曲面。第三，在繪制曲線建模時，尤其是使用線面連接曲面和導軌曲面這兩個工具建模時，有的學生不能區(qū)分清導軌或切面的位置關(guān)系，把三維關(guān)系曲線繪成了二維關(guān)系曲線，更有甚者，把立體圖效果與正方向視圖效果混淆，結(jié)果是繪制出來的曲面效果意想不到。例如，在用三導軌曲面繪制戒指時，將立體圖的斜視效果繪成了正視圖的效果，導致其中一條導軌不能在進出軸的方向擺在正確的位置，而是擺成了平面效果，最終不能繪成戒指。第四，在用布林體運算工具做雕鏤、掏空效果時，布林體運算時常出現(xiàn)理不清物件的關(guān)系和運算次序，導致繪制相減或交集物件時不能精確控制減出預設(shè)形狀。

以上幾種常見錯誤有共同的原因，即學生沒有建立三維認知模式和思維模式，思維模式仍然停留在二維思維模式上，不能準確理解三維坐標體系；不習慣于切換視圖，從不同的視角觀察物件，空間想象訓練不足；不能夠理解進出軸的尺度變化，往往在當前視圖平面進行延伸曲面；對三維模型的構(gòu)成理解不足，往往理解成“投影”效果；不能區(qū)分當前視覺效果與三維空間的實際存在之間的區(qū)別。對此，在教學過程中，應(yīng)加強三維空間認知方面的演示，通過制作教學模型以實物演示，使用視圖切換時加強解說，強化對坐標系統(tǒng)檢視菜單和變形菜單的操作訓練，強化物件組合結(jié)構(gòu)、線圖結(jié)構(gòu)分析訓練，加強對三維坐標的講解和練習；讓學生區(qū)分視覺效果與三維空間實際存在的區(qū)別；養(yǎng)成切換視圖觀察物件的習慣。

二、曲面建模方式的錯誤及教學對策

建模是一種模型化思維，所謂計算機輔助設(shè)計的建模，是指使用計算機以數(shù)學方法描述物體和他們之間的空間關(guān)系。每一款三維建模軟件都有自身獨特的建模方式。JewelCAD的物體曲面建模方式主要是以切面和導軌（u方向和v方向）的繪制為基礎(chǔ)，以這兩組線條不同的結(jié)合方式為變化，繪制出千變?nèi)f化的物件模型。主要建模工具有直線延伸曲面、環(huán)形對稱曲面、管狀曲面、線面連接曲面、導軌曲面等，其中直線延伸曲面、環(huán)形對稱曲面建模方式較為容易理解，操作簡單，練習中的錯誤也容易糾正。其他主要曲面建模工具常出現(xiàn)的練習錯誤主要表現(xiàn)為：

其一，管狀曲面。管狀曲面的操作較為簡單，但當學習了導軌曲面的建模之后，不少學生容易混淆導軌和曲面，在點擊曲線的時候，容易把導軌和切面曲線點擊順序搞反。究其原因，是學生不能正確對繪制模型進行切面和導軌分析。有的學生對切面曲線的初始位置和方向認識不清，尤其是在首飾尺寸要求比較嚴格的情況下，導致管狀曲面的切面方向、形狀大小位置都有一定的偏差，細節(jié)上有瑕疵。其原因是，不能準確把握管狀曲面導軌和切面曲線的結(jié)合方式。

其二，線面連接曲面。這個工具較為復雜，與其他曲面工具建模方式的區(qū)別還是很明顯的，但只需要在三維空間合適的位置繪制曲面的切面曲線或輪廓線即可，不需要繪制導軌曲線。練習的時候，不少學生連接曲面時會出現(xiàn)“不相乎”彈框，或者連接好的曲面出現(xiàn)線條交叉扭曲，或者不能按照本意連接成想要的曲面。其原因主要是，首先不能夠理解線面連接曲面的方式，即不同切面曲線上的同號點連接成導軌曲線的建模原理，這就意味著不同切面曲線的控制點數(shù)目必須一致，不同切面同號控制點的連線必須順暢而沒有不合理的扭曲，軟件為了規(guī)避這些錯誤而設(shè)置切面倒序等功能，但如果清楚了線面連接曲面的連接原理，在繪制切面時充分考慮了控制點的布局，完全可以不使用切面倒序這些功能。其次，不能正確“解剖”所要繪制的物件，也就是找不準切面的形狀和位置，也不能配合軟件的其他變形工具將繪制好的曲面擺放到合適的三維空間位置，曲線繪制較多時，不少學生理不清空間關(guān)系。如圖1所示，此款戒指主要通過線面連接曲面將12條大切面曲線和12條小切面曲線連接而成，由于不能將小切面擺放在大切面中間位置，大小切面不能指向圓心環(huán)形排列，所以繪制出來的戒指不是本意想繪制的戒指。

其三，軌曲面。導軌曲面是通過繪制切面與導軌曲線，并以合適的切面量度將二者有機地結(jié)合在一起而建立曲面模型，其變化類型很多，很容易出錯。一是有多條導軌繪圖時，有的學生不能夠合理布局導軌之間控制點的位置，導致繪制物件出現(xiàn)歪斜扭曲等現(xiàn)象，原因是學生不能夠理解導軌和曲面的連接機理，導致只注意導軌上的形狀，而忽略了多條導軌之間的點的對應(yīng)關(guān)系。二是常出現(xiàn)切面量度理解的偏差，尤其是使用三導軌和四導軌時，對于導軌的點擊順序混亂不清，對導軌空間位置的安排也不能做到心中有數(shù)，導致點擊繪制形狀有偏差。其原因是，不能夠理解切面量度所指示的切面和導軌之間的關(guān)系，也不清楚第三導軌和第四導軌的作用，所以導軌預先的空間位置擺放與選定的切面量度不一致。三是當線條較多時，有的學生對多切面的變化把握不準，對多條導軌的三維空間的延伸分析不清，對單導軌的縱向、迥圈的特殊性理解不清，對導軌曲面、線面連接曲面、導軌曲面等主要工具之間的異同不是很清楚，導致繪制出現(xiàn)偏差或重復操作。

建模機理是一個看不見的“指揮棒”，學好曲面建模關(guān)鍵是讓學生深刻理解不同曲面工具的建模機理，以及它們之間的異同、操作方式和技巧，這樣在遇到創(chuàng)新設(shè)計時才能夠舉一反三得心應(yīng)手。導軌曲面、線面連接曲面、管狀曲面建模的關(guān)鍵是，首先分析所繪制物件的形狀結(jié)構(gòu)；其次用軟件的建模方式去分析繪制物體的切面和導軌，以及它們的結(jié)合方式，做到心中有“點”、“線”、“面”，在理解的基礎(chǔ)上去繪制合理的曲線；最后重點講解切面量度的含義，切面和導軌的結(jié)合關(guān)系，及采用多視圖繪制導軌的技巧。在教學過程中，由于物件三維結(jié)構(gòu)性比較強，線條復雜，所以盡量使用制作實物模型、多媒體演示技術(shù)、屏幕錄制、分段式碎片式、多種教學手段結(jié)合循序漸進立體式教學，使學生直觀便捷地接受知識點和技能訓練。

三、結(jié)語

高職生的高考文化課成績普遍不高，相對而言，他們比較偏于喜歡動手操作方面的技能，聽理論課時不太容易集中注意力。而軟件首飾設(shè)計對于邏輯、空間分析想象能力、繪畫設(shè)計素質(zhì)技能、計算機三維軟件操作要求較高，寶石專業(yè)學生應(yīng)具備一定的計算機操作設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識，具備一定的繪畫基礎(chǔ)，具備首飾制作工藝方面的基本知識和技能。因此，應(yīng)采取學生易于接受的、通俗易懂的、直觀的、循序漸進的方式進行授課。教師應(yīng)根據(jù)教學目標、學習任務(wù)的要求和學生學習的層次采取不同的糾錯策略，如采用時下流行的微課、多媒體教室授課、片段式教學等手段。

【參考文獻】

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[4]李天兵，胡楚雁，劉敏.首飾CAD及快速成型技術(shù)[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，2009

【作者簡介】嚴 忠（1978— ），男，湖北鄂州人，遼寧地質(zhì)工程學院職業(yè)學院資源系講師，學士，研究方向：寶石首飾設(shè)計、加工、鑒定。

（責編 王 一）