建模課程與網店3D打印相結合的應用研究

張景龍，徐 麗，祝振欣，王建設

(河北政法職業學院，河北 石家莊 050061)

建模課程與網店3D打印相結合的應用研究

張景龍，徐 麗，祝振欣，王建設

(河北政法職業學院，河北 石家莊 050061)

為了更好地為社會輸送高質量的應用型技術人才，推進高校教學改革，提高教學效果，在三維建模課程教學中引入了3D打印技術，并與網店相結合，形成教學、生產和銷售三位一體的教學形式，以三維建模課程作為技術準備，以3D打印技術為媒介，把所做模型打印成實體，完成知識向產品的轉化，以網店為橋梁，勾通社會。通過互聯網把高校課堂和社會服務有機地結合起來，使教學直接為創業服務，不僅提升了學生的技術水平，為學生創業就業提供了有效途徑。

三維建模；3D打印；網店；創業

隨著互聯網技術、特別是移動互聯的迅猛發展，互聯網+的產品正悄然地滲透到我們的日常生活的方方面面，伴隨著物質生活方式改變的就是思維觀念的更新，對于青年學生這個思想最活躍群體，社會科技經濟技術的進步迅速推進著他們學習觀、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教育觀念的沖突。結果就是產生新讀書無用論，學生看不到學校所學的知識和技能與將來創業就業的聯系，從而產生了對學習的不熱情，沒興趣，不去上課。或是課堂上注意力不集中，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，學生學習效率依然低下。

對于新形式下如何辦好職業教育？習近平總書記為我們指明了道路，明確指出：“要牢牢把握服務發展、促進就業的辦學方向，深化體制機制改革……”。為此在教學引入了互聯網+教育的操作，創建了三維建模課程、3D打印和網店三結合的教學模式，也就在三維建模課程教學中引入3D打印技術，把學生在三維建模課程教學中制作的模型通過3D打印機打印成實體，通過簡單地包裝讓作品快速轉化為產品；同時在互聯網上建立自己的網店，展銷三維模型及打印好的實體成品，把網上交流和銷售變成學生課堂學習的激勵機制。使經濟效益和學生自身的努力程度直接掛鉤，通過互聯網把學校課堂和社會聯系在一起，學習和創業結合起來。

一、三結合教學模式理論基礎及技術準備

(一)三維建模課程

三維建模課程是政法職業學院計算機系三維動畫專業的核心課程，是制作三維角色及場景的基礎技術。三維建模就利用三維制作軟件，如3DSmax結合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格模型。三維建模廣泛應用于游戲制作、影視制作、廣告、建筑設計、裝飾裝潢、工業設計、古建筑復原維修，事故現場再現模擬及藝術造型設計諸多領域，而且隨著計算機圖形技術和VR技術的飛速發展，三維建模技術的應用會更加廣泛。

三維模型根據其三角面或四邊面的面數，分為高模和低模兩種精度，分別對應于不同的領域。好的模型，尤其是需要賦予精確動作的模型，對于網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歷過困苦生活磨礪的年輕學生來說是有很大難度的。如何有效地激發學生的學習興趣就變得尤為重要。

(二)3D打印技術簡介

3D打印，也叫做增材制造，是一種快速成型技術，把用電腦生成的數字虛擬三維圖形，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、沉積等技術打印成實體的一種技術。3D打印需要滿足三個條件：一是要有數據，也就是三維數字模型，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過分層處理，控制精度，把材料堆集成實體。

3D打印技術作為21世紀最為前沿和最具潛力的技術，是目前先進制造技術的重要發展方向[1]，被稱為第四次工業革命。因為它是基于電腦建模，因此可以設計制作出細膩精致、結構科學合理的模型，借助數控的打印機設備，可以制造出任意外形或復雜結構的物體。3D打印技術應用非常廣泛，發展迅猛，涉及大到建筑、橋梁、國防、航空、航天，小到工業設計、居家裝飾、醫藥衛生、生活用品等領域，我們的衣、食、住、行方方面面都正在受到3D打印技術的影響。例如，目前美國海軍陸戰隊正在配備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據模型庫，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打印技術在大學生創新創業訓練項目中的應用呈現逐年增長的趨勢[2]，3D打印也是青年學生就業、創業的一條有效途徑。

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（集團）時表態，應該在全國的高校推廣3D打印技術，培養學生對3D打印的興趣。目前河北政法職業學院計算機系已經成立了3D打印專業，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)網店建設與應用

網店，也就是電子商務網站，依托互聯網建設的技術和產品的交流平臺。網店是連接學校課堂和社會的窗口，通過建立銷售網站可以實現三個功能，其一，是促進同行之間的技術和經驗的交流，面向社會開放，同學們在這里可以實現與不同學校的在校生之間，學生與同行企業技術人員之間取長補短，了解社會和行業信息。其二，可以激發學生的學習動力，網店銷售數據模型和打印產品，把作品轉化為商品，產生經濟收入。有創意的產品，制造精致的模型自然能獲得高價，從而帶來優良的收入，而粗陋的作品肯定是無人問津的，而優質的模型需要刻苦的努力和新穎的創意，反饋到課堂上就促使學生產生了對知識的渴求，課堂學習由被動變為主動。其三，提供社會服務，網店作為服務社會的窗口，可以接受一些訂制服務，如為中小學校或兄弟單位設計制作教具模型，為具備3D打印設備的單位建立應用模型庫等。網店促進了3D打印技術的發展，通過網店了解社會需求。通過信息反饋來改進3D打印的不足。

圖1 三結合關系模式圖

(四)三結合教學模式的應用

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

1.建模課程為3D打印提供了數據原料，也為網店提供了數字銷售產品

建模課程的學習成果是數字三維模型，而數字三維模型正是3D打印所需的數據原料，3D建模技術是學生學習和掌握3D打印技術的關鍵[3]。學生在建模課程中制作的三維模型，經過簡單的修改，只要在建模過程去掉模型內部的面片，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重于結構和布線的合理。

三維建模技術還可以滿足建筑設計、文物復原、新產品造型設計等多種需求，創意作品、訂制模型等精美三維模型都可以直接作為商品在網店上銷售。

2 .3D打印促進了三維模型教學，3D打印物品也是網店的商品來源

首先通過模型的3D打印，可以檢測學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，它提高了學生對物體空間結構的認知能力，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打印機轉化為實體，可以建立學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，從而是提高模型創建的準確性[4]。還有更重要的一點就是，學生的學習成果直接轉化成了成品，學生的工作有成就感，大大增強了對課程的學習動力和學習興趣；另外，為3D打印單位或部門提供數字三維模型也成為學生創業的有效途徑。3D打印技術在教育當中的運用將創意轉化成現實，能夠將教、學、做合為一體，這對培養具備“工匠精神”的創造型人才具有深遠意義。

3. 網店推進了建模課程的學習，也促進了3D打印技術的發展

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

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教學與學生創意制作相結合的方式，課堂上主要講解建模實用基本技術，并分析創作思路和市場情況。學生創意制作以小組為單位，課上課下相結合。班級為河北政法職業學院2014級三維動畫專業1班，班級人數為30人。應用軟件為3ds max2013，教學課時為136，安排在2015-2016學年第二學期，教學場所為多媒體機房。教學內容分為初級模型制作，包括建筑家具模型、辦公設備模型等制作技術；高級模型制作，包括復雜物體、生物角色模型制作等。案例教學，以一個街邊場景以基礎線索，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，學生邊學邊做。學生分為8個項目小組，每組3－4人。先統一學習，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3D打印技術的知識和應用情況，鼓勵學生積極制作完整的有個性的模型作品打印出來，學校提供免費的打印環境。在課程初期，由課題組發布一些較為簡單任務，制作杯托、手機架、藝術花架等模型，回收制作精致的模型，逐漸引導學生加深對建模技術的理解，逐步提高對模型制作的要求，為制作精細復雜模型打下堅實的基礎。課程中期后則由學生制作的模型和打印作品直接上傳到網店。實踐證明，3D打印技術的制造理念應用于課堂實踐教學中激發了學生的創造性思維，3D打印的模型可以用于培養學生的自主創新能力和自我探究能力[4]。

(二)3D打印實驗室建設

河北政法職業學院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打印實驗室對學生部分免費開放，完成好的模型，申請后，經老師審核可打印。

(三)網店建設

用網店把教學與社會聯結在一起，我們在學習過程中就可以把制作好的模型打印出來，通過網店進行銷售，也可以把模型直接放到網店展示交流。建模課程開課的同時，與電子商務高年級同學合作建立了電子商務網站，名稱為“熔者大成”，以論壇為主，分為經驗交流區、模型展示區、產品展示區和業務洽談區等四個模塊，網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站的上傳的維護工作，學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，以增加網站的人氣，提高訪問量。網站向社會開放，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，可以保障網民資產的安全。

(四)模型文件上傳、打印及銷售

圖2 銷售信息

上傳內容分為兩類，一類是用于銷售的模型的截圖，主要是藝術作品，創意設計，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打印的產品照片，這類模型材質要求相對簡單，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。完成打印后經過簡單的包裝就變成可銷售的產品，上傳模型圖片及打印品的照片。產品上傳后，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

網店已經產生了一定的銷售業績，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。比預期的效果要好。網站注冊人數達900多人，各種模型上傳2000多件，大部分為免費模型，論壇有了一定的規模。

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

首先，學生的本門課成績有較大提升，優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，學生完成模型的質量有明顯提高，模型結構布線更合理，材質貼圖等更加精致漂亮，涌現出一大批創意作品。在模型制作的數量上提高更多。

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

四、結束語

建模課程與網店和3D打印技術相結合的教學模式，增強了學校和社會的聯系，使課堂知識更接地氣，激發了學生的學習熱情，提高了教學效果，開拓了學生的視野，深化了3D打印領域的相關知識。同時，提高了在校大學生就業創業能力，使學校課堂與創業聯系在一起，使學生們找到了自己的定位點，對所學課程不再迷茫，充分認識了市場需求與自己所學知識技能之間的差距，從而樹立正確的學習觀和就業觀，對調動學生的學習主動性、發揮學生的創造力起到了積極作用。

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

[2] 艾賢明，陳仕品，李媛媛．3D打印技術在大學生創新能力培養中的應用［J］．中小學電教,2015,（9）：24-27.

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

[4] 鐘志賢.信息化教學模式——理論建構和實踐例說[M].北京:教育科學出版社,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、3D打印技術。