三維掃描與逆向設(shè)計 教學大綱

PAGEPAGE9《三維掃描與逆向設(shè)計》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱三維掃描與逆向設(shè)計課程編號課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)課開課單位智能制造教研室授課學期第5學期學分/學時2/32課內(nèi)學時32理論授課16上機學時16課內(nèi)實踐0實驗學時0課外學時32適用專業(yè)智能制造是否雙語否先修課程工程制圖、三維實體設(shè)計、機械設(shè)計后續(xù)課程增材制造技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計與制造綜合實踐、畢業(yè)設(shè)計二、課程簡介《三維掃描與逆向設(shè)計》是一門以逆向設(shè)計理論為基礎(chǔ)、以計算機仿真軟件為工具的課程，課程理論性及實踐操作性均較強，且具有重要的工程應(yīng)用意義，是智能制造專業(yè)的一門選修課。本課程涉及逆向建模技術(shù)及方法、數(shù)據(jù)采集與處理、三維CAD模型重構(gòu)等內(nèi)容。通過學習本課程，學生能夠掌握數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)等產(chǎn)品逆向設(shè)計的理論、技術(shù)和方法，具有將掃描文件從點云過渡到可用于下游工程、制造、藝術(shù)和工業(yè)設(shè)計等工程應(yīng)用的3D多邊形和曲面模型的能力；具備運用所學基本理論和方法發(fā)現(xiàn)問題并解決工程實際的能力、愛國情懷、民族自信、嚴謹?shù)目茖W思維和工作作風、勇于探索的創(chuàng)新精神和新時代工匠精神。在今后從事相關(guān)領(lǐng)域的科學技術(shù)研究、解決工程實際問題方面具有一定的基礎(chǔ)。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.通過本課程的學習，學生應(yīng)了解三維掃描與逆向建模技術(shù)發(fā)展的方向與前沿及在智能制造等領(lǐng)域的應(yīng)用與前景。掌握逆向工程的概念、主要技術(shù)、常用方法，了解逆向建模思路和基本流程，了解數(shù)據(jù)采集常用設(shè)備的特點及應(yīng)用；掌握數(shù)據(jù)處理和模型重構(gòu)的基本理論，并能初步應(yīng)用并指導(dǎo)實踐。課程目標2.在深入領(lǐng)悟三維掃描與逆向建模的基礎(chǔ)理論和基本技能的同時，學生能建立面向機電產(chǎn)品的逆向工程方法論，初步掌握一種支持逆向工程的應(yīng)用軟件工具，學會將基礎(chǔ)理論與具體實踐相結(jié)合，具備獲取復(fù)雜曲面產(chǎn)品的三維數(shù)字模型的基本素質(zhì)和實踐能力，從而為后續(xù)專業(yè)方面的設(shè)計研究服務(wù)，達到學有所用、學以致用的目的。課程目標3.認識三維掃描與逆向設(shè)計技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與前沿，厚植愛國主義、中國立場和時代擔當，時刻關(guān)注行業(yè)的發(fā)展和熱點，樹立創(chuàng)新意識。了解三維掃描與逆向設(shè)計在實際生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用等，使學生體驗到新設(shè)備、新技術(shù)和新方法在實際應(yīng)用中提高設(shè)計效率的價值追求，切實理解學習先進技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計周期的重要意義，感悟要不斷學習新技術(shù)以適應(yīng)科技發(fā)展的需要。領(lǐng)會數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)操作中綜合運用所學基本理論和方法發(fā)現(xiàn)問題并解決工程實際能力的重要性，在建模結(jié)果的分析討論中切實體驗到要養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W思維和工作作風、勇于探索的創(chuàng)新精神，傳承工匠精神。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點3.2：能夠在綜合考慮特定需求和社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出問題的解決方案，在設(shè)計環(huán)節(jié)中能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識。3-設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標2指標點3.2：能夠在綜合考慮特定需求和社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出問題的解決方案，在設(shè)計環(huán)節(jié)中能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識。指標點5.1：能夠合理選擇與使用解決復(fù)雜智能制造工程問題所需的多種儀器設(shè)備、信息資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。指標點5.2：能夠開發(fā)或應(yīng)用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進行模擬與預(yù)測，并能夠理解其局限性。3-設(shè)計/開發(fā)解決方案5-使用現(xiàn)代工具課程目標3指標點3.2：能夠在綜合考慮特定需求和社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出問題的解決方案，在設(shè)計環(huán)節(jié)中能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識。3-設(shè)計/開發(fā)解決方案四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元緒論（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容（1）《三維掃描與逆向設(shè)計》課程的性質(zhì)、作用及主要學習內(nèi)容。（2）課程的學習特點及考核方式。（3）三維掃描與逆向工程技術(shù)簡介。（4）三維掃描與逆向設(shè)計技術(shù)的熱點、發(fā)展現(xiàn)狀、前沿和應(yīng)用。2.重點和難點重點：三維掃描與逆向工程的概念、內(nèi)涵和特征。難點：三維掃描與逆向設(shè)計技術(shù)的熱點、發(fā)展前沿和應(yīng)用。3.教學方法采用“思政案例+啟發(fā)驅(qū)動”方式，融入思政元素，厚植愛國主義、中國立場和時代擔當，樹立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生不畏艱辛的科學探索精神和深厚的家國情懷。（2）采用“視頻動畫+圖片”方式，形象直觀幫助學生理解、掌握三維掃描與逆向工程的內(nèi)涵和特征，感受新設(shè)備、新技術(shù)和新方法在實際應(yīng)用中提高設(shè)計效率的價值追求，切實理解學習先進技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計周期的重要意義，感悟要不斷學習新技術(shù)以適應(yīng)科技發(fā)展的需要。4.學生學習預(yù)期成果學生在學完本單元課程后了解課程的作用，明確學習目標。掌握三維掃描與逆向設(shè)計的概念、內(nèi)涵、特征、在工業(yè)中的地位、應(yīng)用，了解三維掃描與逆向設(shè)計技術(shù)的發(fā)展概況、熱點以及最新進展。5.支撐課程目標本單元學習三維掃描與逆向工程的概念、內(nèi)涵和特征等相關(guān)基礎(chǔ)知識，完成課程目標1；通過講解三維掃描與逆向工程的內(nèi)涵和特征，使學生感受新設(shè)備、新技術(shù)和新方法在實際應(yīng)用中提高設(shè)計效率的價值追求，切實理解學習先進技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計周期的重要意義，感悟要不斷學習新技術(shù)以適應(yīng)科技發(fā)展的需要，由此完成課程目標3。第二單元逆向建模技術(shù)及方法（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容（1）逆向建模的概念和常用方法。（2）正逆向混合建模方法的一般流程及應(yīng)用。（3）曲面模型重構(gòu)模式。2.重點和難點重點：逆向建模的概念及常用方法。難點：根據(jù)產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)的幾何特征，選取合理的曲面模型重構(gòu)模式。3.教學方法（1）通過多媒體資源展示逆向建模流程，使學生對建模流程有更清晰的了解，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)。（2）學生以小組形式討論逆向建模技術(shù)的應(yīng)用場合并匯報。4.學生學習預(yù)期成果學生在學完本單元課程后，能夠理解逆向建模的概念，掌握逆向建模的常用方法，了解正逆向混合建模方法的一般流程及應(yīng)用，并能根據(jù)產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)的幾何特征，選取合理的曲面模型重構(gòu)模式。5.支撐課程目標本單元學習逆向建模技術(shù)及方法相關(guān)基礎(chǔ)知識，完成課程目標1；通過小組討論逆向建模技術(shù)的應(yīng)用場合，使學生感悟創(chuàng)新思維和技術(shù)創(chuàng)新的重要性，鼓勵學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新應(yīng)用。由此完成課程目標3。第三單元GeomagicStudio逆向建模技術(shù)基礎(chǔ)（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容（1）GeomagicStudio軟件介紹。（2）GeomagicStudio逆向建?；玖鞒?。（3）GeomagicStudio逆向建模操作主要模塊。（4）工作界面介紹、鼠標及鍵盤操作方法。（5）視圖與選擇模塊介紹。（6）文件的導(dǎo)入與導(dǎo)出操作。（7）基礎(chǔ)操作實例。2.重點和難點重點：逆向建模的基本流程及主要模塊。難點：熟練應(yīng)用軟件進行點云的基礎(chǔ)操作。3.教學方法以自行車座椅為例，熟悉GeomagicStudio工作界面和鼠標、鍵盤基本操作方法。通過案例分析與操作，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預(yù)期成果學生在學完本單元課程后，能夠?qū)eomagicStudio軟件有初步的認識，掌握GeomagicStudio逆向建?；玖鞒?，了解GeomagicStudio逆向建模操作主要模塊，熟練使用鍵盤、鼠標對軟件進行基礎(chǔ)操作。5.支撐課程目標本單元學習逆向建?；玖鞒?、GeomagicStudio逆向建模操作主要模塊等相關(guān)基礎(chǔ)知識，并能對自行車座椅文件進行打開、平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、預(yù)定義視圖、選擇、刪除、保存和退出等操作，由此完成課程目標1、2。第四單元數(shù)據(jù)采集（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)采集概述。（2）GeomagicStudio數(shù)據(jù)采集階段的主要操作命令。（3）數(shù)據(jù)采集實例。2.重點和難點重點：數(shù)據(jù)采集的方法、流程，可以根據(jù)物體特征選用合理的數(shù)據(jù)采集方法。難點：熟練運用GeomagicStudio軟件對采集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和保存。3.教學方法（1）通過多媒體資料了解現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及數(shù)據(jù)采集方法。豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，拓展學生的視野。（2）通過數(shù)據(jù)采集案例，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預(yù)期成果學生在學完本單元課程后，能夠掌握數(shù)據(jù)采集的方法、流程，可以根據(jù)物體特征選用合理的數(shù)據(jù)采集方法，并熟練運用GeomagicStudio軟件對采集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和保存。5.支撐課程目標本單元學習數(shù)據(jù)采集的相關(guān)基礎(chǔ)知識，完成課程目標1；可以根據(jù)物體特征選用合理的數(shù)據(jù)采集方法，并能熟練運用GeomagicStudio軟件對采集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和保存，由此完成課程目標2。第五單元三維模型重構(gòu)（學時數(shù)：22學時）1.課程主要內(nèi)容（1）點階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。（2）多邊形階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。（3）特征模塊處理方法及步驟。（4）曲線階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。（5）曲面階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。（6）分析模塊主要操作命令。2.重點和難點重點：點階段、多邊形階段、特征模塊的數(shù)據(jù)處理。難點：曲線、曲面階段的數(shù)據(jù)處理。3.教學方法（1）通過輪胎、門把手、中隔板等案例數(shù)據(jù)進行處理，熟悉數(shù)據(jù)處理方法及步驟，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。（3）利用自動曲面化方法進行男性頭部多邊形模型的實例操作，通過偏差分析命令，得到偏差分析圖。教師與學生共同討論偏差產(chǎn)生的原因以及在操作中如何減少偏差，不僅活躍課堂氣氛、調(diào)動學習熱情，且使學生秉承強國之志，深刻理解工匠精神的重要意義，形成規(guī)范的工程師職業(yè)素養(yǎng)，樹立正確的職業(yè)觀。

4.學生學習預(yù)期成果學生在學完本單元課程后，能夠利用GeomagicStudio軟件，對三維模型進行重構(gòu)。5.支撐課程目標本單元學習三維模型重構(gòu)的相關(guān)基礎(chǔ)知識并能對實際案例進行數(shù)據(jù)處理，完成課程目標1、2；通過對多邊形模型進行偏差分析，使學生秉承強國之志，深刻理解工匠精神的重要意義，形成規(guī)范的工程師職業(yè)素養(yǎng)，樹立正確的職業(yè)觀，由此完成課程目標3。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐理論課程模板課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元緒論講授法、案例教學課程目標1、321：1第二單元逆向建模技術(shù)及方法講授法、小組討論課程目標1、321：1第三單元GeomagicStudio逆向建模技術(shù)基礎(chǔ)講授法、案例教學課程目標1、2、341：1第四單元數(shù)據(jù)采集講授法、案例教學課程目標1、221：1第五單元三維模型重構(gòu)講授法、案例教學課程目標1、2、3221：1合計321：1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績40%作業(yè)（百分制）50本門課程5次作業(yè)，主要考核學生對各單元知識點的理解和掌握程度；每次作業(yè)按百分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。作業(yè)評分的具體標準包括提交時間、作業(yè)正確率等。目標分值=0.5*作業(yè)平均成績測驗（百分制）20上機測驗2次。每次測驗滿分100份。取2次測驗的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。目標分值=0.2*測驗最終成績課堂表現(xiàn)（百分制）20課堂表現(xiàn)主要是根據(jù)學生在課堂上的專注度、師生互動時回答問題的積極性和回答質(zhì)量、提出問題時的深度等因素對學生的課堂表現(xiàn)進行總體評價。課堂表現(xiàn)按百分制評分。目標分值=0.2*課堂表現(xiàn)成績單元知識小組匯報成績（百分制）20結(jié)合課程內(nèi)容、研究熱點等布置話題討論，根據(jù)小組匯報情況為小組打分。本門課程共1次匯報，滿分100分。此環(huán)節(jié)中，教師評價權(quán)重10%，組內(nèi)生生評價權(quán)重5%，組外生生評價權(quán)重5%。目標分值=0.1*匯報最終成績A（教師評分）+0.05*匯報成績B（組內(nèi)評分）+0.05*匯報成績C（組外評分）期末測驗60%知識40考試內(nèi)容及題型：靈活處理點云，完成三維模型重構(gòu)。評價細則：主要考核學生靈活應(yīng)用各單元重點和難點內(nèi)容，依據(jù)試題難易分配目標分值。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論1-1三維掃描與逆向工程技術(shù)簡介。1-2三維掃描與逆向設(shè)計技術(shù)的熱點、發(fā)展現(xiàn)狀、前沿和應(yīng)用。作業(yè)，測驗課程目標1、3第二單元逆向建模技術(shù)及方法2-1逆向建模的概念和常用方法。作業(yè)，測驗課程目標1、32-2正逆向混合建模方法的一般流程及應(yīng)用。第三單元GeomagicStudio逆向建模技術(shù)基礎(chǔ)3-1GeomagicStudio逆向建模基本流程。3-2文件的導(dǎo)入與導(dǎo)出操作。作業(yè)，測驗，期末測驗課程目標1、2第四單元數(shù)據(jù)采集4-1數(shù)據(jù)采集概述作業(yè)，測驗課程目標1、2第五單元三維模型重構(gòu)5-1點階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。了解汽車制動性的評價指標。作業(yè)，測驗，期末測驗課程目標1、2、35-2多邊形階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。制動時車輪的受力分析。5-3特征模塊處理方法及步驟。六、使用教材