CAID課程訓練重點研究

摘? 要：在藝術類工業設計CAID教學中，通過明確的課程重點講解和針對性的課程訓練使學生掌握建模思維和自主方法已成為計算機輔助設計教學的重中之重。通過對三亞學院產品設計專業CAID課程教學的跟蹤研究，歸類出普遍存在于CAID課程學習的三類誤區，提出了工業設計CAID課程教學應以思維建模為主，以識圖建模、比例建模、細節建模和曲率建模為輔的五位一體課程訓練建議。

關鍵詞：工業設計;CAID;課程重點

中圖分類號：TB47? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0144-04

Research on the Training Focus of CAID Course

——Take Rhino for Example

XU Mingliang

（University of Sanya，Sanya? 572022，China）

Abstract：In the teaching of CAID in art industrial design，it is the most important thing for the students to master the modeling thinking and self-determination method with the explicit explanation of the courses and the specific training of the courses. Based on the follow-up research on the teaching of the computer-aided design course of Product Design Specialty in University of Sanya，three types of misunderstandings in the learning of CAID course are classified，and it is proposed that the teaching of industrial design course should be based on thinking modeling，the five-in-one course training suggestions are supplemented by map recognition modeling， scale modeling， detail modeling and curvature modeling.

Keywords：industrial design;CAID;curriculum focus

0? 引? 言

伴隨設計數字化時代的到來，工業設計從圖紙化設計轉向無紙化設計，CAID已成為工業設計人才必須具備的能力。它憑借智能化、可視化、便捷化的優點迅速地介入到工業設計領域，催生出新的設計環節和設計崗位。高校學生和設計師普遍對于CAID的認識集中在軟件操作和設計表現，忽視了工業設計思維與CAD結合這一實質，致使無論是工科背景的“技術+藝術”還是藝術背景的“藝術+技術”的課程授課方式都成為對工具的探索，缺乏對CAID課程重點的理解和設計者主觀能動性的體現。因此，以人為主體，從工業設計特點出發探討CAID課程重點，優化對CAID的認識，是十分必要的。

1? 三亞學院CAID課程體系介紹

CAID也叫作計算機輔助工業設計，是通過計算機技術研究設計領域的圖形圖像仿真表達，主要包括產品三維模型構建，產品效果圖渲染，產品動態展示等內容，其中產品三維模型構建是CAID的重點研究內容，也是本文的主要研究對象。

CAID課程在三亞學院藝術學院產品設計專業課程體系定位中為專業基礎課設置，開設在大二學年，先修課程為設計創意、設計史論、設計程序與方法等，學生初步接觸設計方法與設計技法，對專業的認識由藝術向設計轉變，對設計的認知不夠系統和充分。教學團隊經過十年的課程改革和跟蹤評價發現：目標明確的CAID課程不但可以為學生學習后續課程打下專業基礎，還可以提高學生學習其他課程的積極性，很多學生正是通過此類課程對產品設計或工業設計產生了濃厚興趣。

現階段三亞學院藝術學院的CAID課程體系主要有Alias AutoStudio和Rhino兩個軟件系統部分，課程體系中Rhino軟件針對產品造型設計專業，強調工業設計中感性形態表達與形態捕捉;Alias AutoStudio針對汽車造型設計專業，強調汽車造型的參數化表達和數據輸出。雖然兩門課程內容和學習要求不同，但兩門課程一直反對進行過多工具探索和效果表現，鼓勵對學生系統性思維的學習和訓練，以提高學生學習CAID課程自主能力與應變能力為教學目標。教學團隊經過課程授課方式和訓練重點的修正，對CAID類課程進行歸納和優化，建立起了CAID課程體系的思維架構和思維建模、識圖建模、比例建模、細節建模、曲率建模五個課程訓練重點，并以此為基礎作為課程考核評價的標準組成。

2? 學習CAID常見的三類誤區

CAID在藝術類工業設計人才培養中也占據著重要的作用，國內各個院校均重視此類課程的教學并做出了一系列探索性嘗試工作探索，如浙江大學的國家級精品課程“計算機輔助工業設計”取得了一定成就，該課程將CAID的內容由重“工具”和重“表現”提升到了重“設計”階段。三亞學院藝術學院的Rhino課程教學主要集中在產品造型設計專業，通過該課程的講授與學習，學生的三維塑造和表現能力進一步加強，但存在一定的學習誤區，主要表現為以下三點。

2.1? 側重技能操作，忽視建模思維培養

建模思維是指建模的步驟和方法規劃，具體指在建模前期通過對工業設計草圖方案造型特點的分析，結合所使用的CAID軟件系統的建模原理和成形特點進行數字模型構建過程中的分面設計和操作思路的規劃，其中分面是復雜CAID模型構建的基礎。系統合理的建模思路對于提升數字模型構建的精度與降低其難度起到了至關重要的作用，建模思維的建立和訓練是計算機輔助工業設計課程優化的先行基礎。

忽視建模思維的培養和訓練在學習計算機輔助工業設計的過程中表現尤為突出，CAID課程被廣泛地片面認為是技術的訓練，而關于如何樹立系統規范的建模思維至今并未形成統一的理論體系，所以，改變對CAID的認識是建模思維培養首先要解決的問題。

在進行CAID實踐時，學生的慣用建模思路是先易后難，缺乏整體的思路分析制定，這種思路的建模思路缺乏系統規劃，不但提高了建模難度，更加降低了建模效率，甚至使模型無法完成。如圖1所示的汽車造型分析圖，在進行具體的Rhino軟件建模操作以前，要根據汽車外觀造型特征面的特點進行分析與分解，將引擎蓋、鼻線與側面過渡面、前保險杠、側翼板、輪眉、A柱，B柱，C柱走勢面、車窗面、側主體面等特征形態按照四邊成型法則進行逐個劃分，以此為基礎形成合理的分面設計和系統化建模思維，這樣不但可以避免整體建模過程中的失誤，也保證了前翼板凸包、反翹腰線、鼻線漸消面、A柱與引擎蓋過渡、引擎蓋與前保險杠的過渡等造型細節的順利完成。

2.2? 偏離訓練難點與重點

影響CAID模型構建的難度指標主要包括思維難度和技巧難度兩部分，建模思維是模型構建的基礎，思維難度指的是前文整體的分面設計和建模規劃，技巧難度指的是局部對于CAID軟件系統命令的掌握與實際操作。如圖2所示，模型表面形態的復雜程度與建模難度無直接關系。三管連接是Rhino軟件運用中的典型案例，其外觀形態簡潔直觀，但對于缺乏系統規劃的初學者而言卻毫無建模思路，因為直接的命令操作不能達到模型的三管銜接要求與連續性過渡。要順利構建該模型，需要進行分面設計以及相應的特征線繪制以達到相鄰圓管的側面與側面，頂面與頂面之間的連續性要求。從模型外觀造型的復雜程度來對比，一些常見的機器人或坦克裝甲模型由很多細節零件組成，形態的復雜程度高于三管連接，但這類模型的構建難度很低，因為完成機器人模型建模的思路簡單直接，只涉及幾處封閉曲線、布爾運算以及組合等命令，而三管連接模型雖然造型簡單但建模思路復雜，不但涉及邊緣分割和補面等命令，模型連續性還需要達到G2連續，需要進行前期的建模思路設計才能完成。

2.3? 碎片化技能訓練，缺乏系統性和藝術性體現

工業設計是一個系統化的設計方案分析、完善、修改的并行工程，系統性的并行設計是現代設計區別于傳統設計的主要標志，CAID方便快捷地將各個工程節點連接，是系統設計的信息傳播渠道。

本文所指的碎片化訓練是指將系統性CAID模型構建片面地理解為“建模”，這一問題在學習CAID的過程中具有很強的普遍性，導致在學習CAID中設計者缺乏主觀能動性與形態藝術感，機械地完成模型構建任務，沒有綜合性、系統性地分析所表現對象在整個設計過程中的意象特征，過于機械地依靠二維創意圖，沒有充分的發揮三維數字模型構建人員的主觀能動性，最終使三維數字模型與二維前期創意草圖不符甚至存在矛盾。這一問題主要表現為整體比例不符或整體造型特征不符或局部造型細節不符三個特征，究其原因是因為忽略了產品造型設計是一項系統性的創意、構思、數字表現以及合理性論證的工作，而CAID正是從二維平面構思草圖到三維立體效果圖的轉換及表現推演工具。所以在進行Rhino等CAID訓練時不能過度地進行碎片性的訓練而忽視對系統性的形態把控能力的訓練。

3? CAID課程的訓練重點

CAID課程教學首先糾正忽視建模思維、偏離訓練重難點、缺乏系統性三個誤區，要明確CAID課程定位不是計算機軟件運用或者工具探索，CAID的核心思想是建模思維、空間思維、工具使用和設計美學等因素的數字化綜合運用。針對以上所述的學習誤區，CAID教學應優化學習重點并制定系統性的訓練方法，其目的是提高學生自主的軟件運用和綜合的形態感知能力，課程訓練重點分為以下五個方面。

3.1? CAID課程中的思維建模訓練

如果說學習工具命令的使用方法是學習CAID的基礎，那么樹立合理的建模思維是學習CAID的核心。CAID類系統為工業設計者提供了三維造型的計算環境，種類多樣，但成型原理大多基于NURBS的算法，只有具備合理的建模思維，才能熟練運用不同的軟件。建模思維就是數字模型制作步驟與方法的規劃設計，核心思想是特征面分析與拆解，把復雜形態簡化提煉成多單元組合。學習和運用Rhino等CAID軟件應注意在建模前期對設計方案造型特點進行分析，并結合軟件相關命令的特點進行整體的步驟規劃，合理的分面可以準確地表達設計意圖，提高模型質量。

建模思路好壞既影響建模速度也影響建模質量，甚至關系到建模的成敗，運用CAID進行工業設計模型構建要樹立思考先于動手的建模意識，結合專用軟件的成型特點進行實踐設計，使傳統的、機械性的工具運用轉變成以設計師為主的創造性設計活動。

3.2? CAID課程中的識圖建模訓練

創意設計師的構思草圖多為透視的軸測圖，將創意草圖進行CAID構建，需要對軸測圖的三維信息進行歸納分析并反映到相關的CAID軟件系統中，在CAID軟件系統中通過三視圖的繪制最終形成三維模型。由此可見，CAID模型構建從形態表達這一層面來看是二維到三維空間思維轉換能力的訓練。

識圖建模訓練由識圖和建模兩個部分組成，識圖是對參考圖的形體特征分析與建模思維設計，是形態思維分析范疇，其目的是充分地了解二維創意草圖的三維特征;建模是實踐性的CAID模型構建，是操作技術范疇，它是根據二維草圖或三維實物圖經過造型關系分析進行CAID三維模型的建立。通過針對性的識圖建模案例訓練提高學生的綜合造型分析和表現能力，參考圖片可以是實物照片或者草圖兩類，這兩類在實踐過程中存在一定的區別。如圖3、圖4所示，三維模型準確地展現了創意草圖原型設計意圖，體現了設計者的空間思維能力和維度轉換能力。

3.3? CAID課程中的比例建模訓練

比例是CAID模型構建中很重要的尺度概念，是工業設計模型構建的基本數據，是影響CAID模型構建準確度的前提。模型構建過程中比例的準確表現是造型細節的基礎，比例直接影響產品的態勢和情感內涵，如圖5、圖6所示。在進行CAID課程訓練的過程中應提倡學生將工程制圖中的形態分析與讀圖的相關知識運用到比例建模這一環節，選擇比例明確的典型案例進行針對性的比例建模訓練，強化學生對于形態比例的捕捉能力。CAID中的比例建模可以通過兩個途徑完成：第一，通過軸測透視草圖的造型分析得到方案的三視圖，導入傳統計算機系統作為輔助參考圖形，該方法誤差小但缺乏工業設計模型構建過程中數模師主觀的審美因素;第二，通過設計者對于軸測圖方案的三維空間與深度坐標分析，直接通過軟件系統實現模型構建，該方法可能形態表達誤差較大，但模型塑造過程可融入數模師的主觀審美因素，以上兩個構建途徑優缺點不同，所起到的訓練目的不同。

3.4? CAID課程中的細節建模訓練

細節細部出精彩，結構見微妙，產品模型細節設計可以使產品造型更加豐富。在CAID課程教學中發現很多設計細節的訓練沒有引起學生的重視，模型構建只停留在空洞的整體形態的練習上，這種缺失造型細節的習慣會使學生逐漸喪失深入刻畫和細節把控的能力。同時，需要指出的是，在現代工業設計中細節設計必不可少，它形成了工業設計模型構建中的特定形態組成，如漸消面、銜接面、臺階面、折面、蛋形面、編織面、不等距圓角等，這些造型細節是基于設計和工藝的，具有特定曲面質量要求和模型構建方法。針對性地對產品慣用設計細節進行歸類總結并進行特定的方法訓練可更好地使學生形成專業的模型構建能力。

3.5? CAID課程中的曲率建模訓練

曲率在數學領域表示曲線彎曲程度的量，在CAID模型中主要代表產品造型輪廓線或特征曲線的造型變化程度，在很多產品造型中曲線不是規整的圓形或橢圓形，而是局部發生變化的特異圖形，正是因為這些局部的不規則變化使整個形態設計更有特點和設計感。在實踐的手繪草圖繪制中所展現的曲線是流暢優美的，而經過三維模型構建后形態就會發生變化失準，這種情況普遍存在于形態感受能力較弱的同學中，因為正是被忽視的這種曲線曲率的微妙變化影響了產品形態的最終表達。所以，曲率建模在CAID課程中主要訓練的是學生敏銳的形態感知能力，教師要針對性地選擇一些曲率變化微妙的產品進行曲率建模練習;其次，在產品設計或者汽車設計的流程中，高質量的A級曲面是產品開發流程中一個重要環節，它決定了工業設計模型構建的質量，其重點是確定曲面銜接過渡的品質是否符合A級曲率的要求，進行特定的代表性曲面連續性的制作和方法講解是曲率建模環節的另一組成部分。

4? 結? 論

學習Rhino等CAID課程不僅僅是技術層面的硬件操作訓練，更涉及到建模思維、形態分析、空間維度轉化等綜合造型能力的訓練，在CAID教學中教師要避免常有的訓練誤區并制定系統化的訓練重點，使CAID課程教學更具有針對性。通過對CAID訓練的優化研究，得到以下結論：

（1）在CAID課程學習中，普遍存在缺少建模思維訓練、缺少訓練側重點和缺少系統性訓練等問題，這些問題導致了CAID課程教學以工具為導向，使CAID模型構建缺乏設計師的主觀能動性與創造性。

（2）CAID課程優化包含思維建模、識圖建模、比例建模、細節建模、曲率建模五個訓練模塊，使訓練目標更具針對性，使工業設計的模型構建成為集思維、美學、科學為一體的創造性活動。使學生具有“以人為本，軟件為輔”的數字設計能力，使學習CAID課程不再深奧難懂。

參考文獻：

[1] 潘云鶴，孫守遷，包恩偉.計算機輔助工業設計技術發展狀況與趨勢 [J].計算機輔助設計與圖形學學報，1999，11（3）：248-252.

[2] 黃坤.虛擬現實技術在工業設計中的應用 [J].赤峰學院學報（自然科學版），2017，33（11）：38-39.

[3] 梁峭.從計算機輔助設計課程看工業設計教學中的思維培養 [J].裝飾，2017（12）：80-82.

[4] 陸詠平，郭俐，夏海南.計算機輔助工業設計（CAID）技術研究與展望 [J].機械制造與自動化，2001（5）：5-8.

[5] 嚴海容.淺析計算機輔助工業設計技術發展狀況與趨勢 [J].福建質量管理，2015（12）：176.

[6] 謝亨淵.以“形態教學”為基礎——工業設計學科基礎教學改革探索 [J].科學大眾（科學教育），2020（4）：130.

作者簡介：徐明亮（1983—），男，漢族，河北唐山人，講師，碩士，研究方向：工業設計、CAID計算機輔助設計等。