三維掃描與逆向設(shè)計(jì) 教學(xué)大綱

PAGEPAGE9《三維掃描與逆向設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱三維掃描與逆向設(shè)計(jì)課程編號(hào)課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)課開(kāi)課單位智能制造教研室授課學(xué)期第5學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)2/32課內(nèi)學(xué)時(shí)32理論授課16上機(jī)學(xué)時(shí)16課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0課外學(xué)時(shí)32適用專業(yè)智能制造是否雙語(yǔ)否先修課程工程制圖、三維實(shí)體設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)后續(xù)課程增材制造技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)二、課程簡(jiǎn)介《三維掃描與逆向設(shè)計(jì)》是一門(mén)以逆向設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)、以計(jì)算機(jī)仿真軟件為工具的課程，課程理論性及實(shí)踐操作性均較強(qiáng)，且具有重要的工程應(yīng)用意義，是智能制造專業(yè)的一門(mén)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(guò)學(xué)習(xí)本課程，學(xué)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(jì)的理論、技術(shù)和方法，具有將掃描文件從點(diǎn)云過(guò)渡到可用于下游工程、制造、藝術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)等工程應(yīng)用的3D多邊形和曲面模型的能力；具備運(yùn)用所學(xué)基本理論和方法發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決工程實(shí)際的能力、愛(ài)國(guó)情懷、民族自信、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和工作作風(fēng)、勇于探索的創(chuàng)新精神和新時(shí)代工匠精神。在今后從事相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究、解決工程實(shí)際問(wèn)題方面具有一定的基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)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(diǎn)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(shí)踐。課程目標(biāo)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(shí)，學(xué)生能建立面向機(jī)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(xué)會(huì)將基礎(chǔ)理論與具體實(shí)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(shí)踐能力，從而為后續(xù)專業(yè)方面的設(shè)計(jì)研究服務(wù)，達(dá)到學(xué)有所用、學(xué)以致用的目的。課程目標(biāo)3.認(rèn)識(shí)三維掃描與逆向設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與前沿，厚植愛(ài)國(guó)主義、中國(guó)立場(chǎng)和時(shí)代擔(dān)當(dāng)，時(shí)刻關(guān)注行業(yè)的發(fā)展和熱點(diǎn)，樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)。了解三維掃描與逆向設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用等，使學(xué)生體驗(yàn)到新設(shè)備、新技術(shù)和新方法在實(shí)際應(yīng)用中提高設(shè)計(jì)效率的價(jià)值追求，切實(shí)理解學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的重要意義，感悟要不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)以適應(yīng)科技發(fā)展的需要。領(lǐng)會(huì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)操作中綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論和方法發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決工程實(shí)際能力的重要性，在建模結(jié)果的分析討論中切實(shí)體驗(yàn)到要養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和工作作風(fēng)、勇于探索的創(chuàng)新精神，傳承工匠精神。（二）課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠在綜合考慮特定需求和社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出問(wèn)題的解決方案，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。3-設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案課程目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠在綜合考慮特定需求和社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出問(wèn)題的解決方案，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。指標(biāo)點(diǎn)5.1：能夠合理選擇與使用解決復(fù)雜智能制造工程問(wèn)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(biāo)點(diǎn)5.2：能夠開(kāi)發(fā)或應(yīng)用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對(duì)智能制造工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)，并能夠理解其局限性。3-設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案5-使用現(xiàn)代工具課程目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠在綜合考慮特定需求和社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，提出問(wèn)題的解決方案，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中能夠體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。3-設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）《三維掃描與逆向設(shè)計(jì)》課程的性質(zhì)、作用及主要學(xué)習(xí)內(nèi)容。（2）課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)及考核方式。（3）三維掃描與逆向工程技術(shù)簡(jiǎn)介。（4）三維掃描與逆向設(shè)計(jì)技術(shù)的熱點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀、前沿和應(yīng)用。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：三維掃描與逆向工程的概念、內(nèi)涵和特征。難點(diǎn)：三維掃描與逆向設(shè)計(jì)技術(shù)的熱點(diǎn)、發(fā)展前沿和應(yīng)用。3.教學(xué)方法采用“思政案例+啟發(fā)驅(qū)動(dòng)”方式，融入思政元素，厚植愛(ài)國(guó)主義、中國(guó)立場(chǎng)和時(shí)代擔(dān)當(dāng)，樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生不畏艱辛的科學(xué)探索精神和深厚的家國(guó)情懷。（2）采用“視頻動(dòng)畫(huà)+圖片”方式，形象直觀幫助學(xué)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(shí)際應(yīng)用中提高設(shè)計(jì)效率的價(jià)值追求，切實(shí)理解學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的重要意義，感悟要不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)以適應(yīng)科技發(fā)展的需要。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在學(xué)完本單元課程后了解課程的作用，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。掌握三維掃描與逆向設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)的發(fā)展概況、熱點(diǎn)以及最新進(jìn)展。5.支撐課程目標(biāo)本單元學(xué)習(xí)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(shí)，完成課程目標(biāo)1；通過(guò)講解三維掃描與逆向工程的內(nèi)涵和特征，使學(xué)生感受新設(shè)備、新技術(shù)和新方法在實(shí)際應(yīng)用中提高設(shè)計(jì)效率的價(jià)值追求，切實(shí)理解學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的重要意義，感悟要不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)以適應(yīng)科技發(fā)展的需要，由此完成課程目標(biāo)3。第二單元逆向建模技術(shù)及方法（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）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(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：逆向建模的概念及常用方法。難點(diǎn)：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(xué)方法（1）通過(guò)多媒體資源展示逆向建模流程，使學(xué)生對(duì)建模流程有更清晰的了解，豐富學(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)。（2）學(xué)生以小組形式討論逆向建模技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合并匯報(bào)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在學(xué)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(biāo)本單元學(xué)習(xí)逆向建模技術(shù)及方法相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，完成課程目標(biāo)1；通過(guò)小組討論逆向建模技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，使學(xué)生感悟創(chuàng)新思維和技術(shù)創(chuàng)新的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新應(yīng)用。由此完成課程目標(biāo)3。第三單元GeomagicStudio逆向建模技術(shù)基礎(chǔ)（學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）GeomagicStudio軟件介紹。（2）GeomagicStudio逆向建模基本流程。（3）GeomagicStudio逆向建模操作主要模塊。（4）工作界面介紹、鼠標(biāo)及鍵盤(pán)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(shí)例。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：逆向建模的基本流程及主要模塊。難點(diǎn)：熟練應(yīng)用軟件進(jìn)行點(diǎn)云的基礎(chǔ)操作。3.教學(xué)方法以自行車座椅為例，熟悉GeomagicStudio工作界面和鼠標(biāo)、鍵盤(pán)基本操作方法。通過(guò)案例分析與操作，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)整合，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠?qū)eomagicStudio軟件有初步的認(rèn)識(shí)，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(pán)、鼠標(biāo)對(duì)軟件進(jìn)行基礎(chǔ)操作。5.支撐課程目標(biāo)本單元學(xué)習(xí)逆向建模基本流程、GeomagicStudio逆向建模操作主要模塊等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，并能對(duì)自行車座椅文件進(jìn)行打開(kāi)、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(biāo)1、2。第四單元數(shù)據(jù)采集（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）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(shí)例。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：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(diǎn)：熟練運(yùn)用GeomagicStudio軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和保存。3.教學(xué)方法（1）通過(guò)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(xué)生課程與教學(xué)的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，拓展學(xué)生的視野。（2）通過(guò)數(shù)據(jù)采集案例，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)整合，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在學(xué)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(yùn)用GeomagicStudio軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和保存。5.支撐課程目標(biāo)本單元學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，完成課程目標(biāo)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(yùn)用GeomagicStudio軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和保存，由此完成課程目標(biāo)2。第五單元三維模型重構(gòu)（學(xué)時(shí)數(shù)：22學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）點(diǎn)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(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：點(diǎn)階段、多邊形階段、特征模塊的數(shù)據(jù)處理。難點(diǎn)：曲線、曲面階段的數(shù)據(jù)處理。3.教學(xué)方法（1）通過(guò)輪胎、門(mén)把手、中隔板等案例數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，熟悉數(shù)據(jù)處理方法及步驟，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)整合，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。（3）利用自動(dòng)曲面化方法進(jìn)行男性頭部多邊形模型的實(shí)例操作，通過(guò)偏差分析命令，得到偏差分析圖。教師與學(xué)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(dòng)學(xué)習(xí)熱情，且使學(xué)生秉承強(qiáng)國(guó)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(shù)立正確的職業(yè)觀。

4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生在學(xué)完本單元課程后，能夠利用GeomagicStudio軟件，對(duì)三維模型進(jìn)行重構(gòu)。5.支撐課程目標(biāo)本單元學(xué)習(xí)三維模型重構(gòu)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)并能對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成課程目標(biāo)1、2；通過(guò)對(duì)多邊形模型進(jìn)行偏差分析，使學(xué)生秉承強(qiáng)國(guó)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(shù)立正確的職業(yè)觀，由此完成課程目標(biāo)3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)的支撐理論課程模板課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一單元緒論講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)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(biāo)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(xué)課程目標(biāo)1、2、341：1第四單元數(shù)據(jù)采集講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)1、221：1第五單元三維模型重構(gòu)講授法、案例教學(xué)課程目標(biāo)1、2、3221：1合計(jì)321：1五、課程考核及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績(jī)構(gòu)成（百分制）課程成績(jī)構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則平時(shí)成績(jī)40%作業(yè)（百分制）50本門(mén)課程5次作業(yè)，主要考核學(xué)生對(duì)各單元知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度；每次作業(yè)按百分制單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績(jī)。作業(yè)評(píng)分的具體標(biāo)準(zhǔn)包括提交時(shí)間、作業(yè)正確率等。目標(biāo)分值=0.5*作業(yè)平均成績(jī)測(cè)驗(yàn)（百分制）20上機(jī)測(cè)驗(yàn)2次。每次測(cè)驗(yàn)滿分100份。取2次測(cè)驗(yàn)的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績(jī)。目標(biāo)分值=0.2*測(cè)驗(yàn)最終成績(jī)課堂表現(xiàn)（百分制）20課堂表現(xiàn)主要是根據(jù)學(xué)生在課堂上的專注度、師生互動(dòng)時(shí)回答問(wèn)題的積極性和回答質(zhì)量、提出問(wèn)題時(shí)的深度等因素對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。課堂表現(xiàn)按百分制評(píng)分。目標(biāo)分值=0.2*課堂表現(xiàn)成績(jī)單元知識(shí)小組匯報(bào)成績(jī)（百分制）20結(jié)合課程內(nèi)容、研究熱點(diǎn)等布置話題討論，根據(jù)小組匯報(bào)情況為小組打分。本門(mén)課程共1次匯報(bào)，滿分100分。此環(huán)節(jié)中，教師評(píng)價(jià)權(quán)重10%，組內(nèi)生生評(píng)價(jià)權(quán)重5%，組外生生評(píng)價(jià)權(quán)重5%。目標(biāo)分值=0.1*匯報(bào)最終成績(jī)A（教師評(píng)分）+0.05*匯報(bào)成績(jī)B（組內(nèi)評(píng)分）+0.05*匯報(bào)成績(jī)C（組外評(píng)分）期末測(cè)驗(yàn)60%知識(shí)40考試內(nèi)容及題型：靈活處理點(diǎn)云，完成三維模型重構(gòu)。評(píng)價(jià)細(xì)則：主要考核學(xué)生靈活應(yīng)用各單元重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，依據(jù)試題難易分配目標(biāo)分值。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元緒論1-1三維掃描與逆向工程技術(shù)簡(jiǎn)介。1-2三維掃描與逆向設(shè)計(jì)技術(shù)的熱點(diǎn)、發(fā)展現(xiàn)狀、前沿和應(yīng)用。作業(yè)，測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)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(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)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(cè)驗(yàn)，期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)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(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2第五單元三維模型重構(gòu)5-1點(diǎn)階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。了解汽車制動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。作業(yè)，測(cè)驗(yàn)，期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、35-2多邊形階段數(shù)據(jù)處理方法及步驟。制動(dòng)時(shí)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