三维扫描与逆向设计 教学大纲

PAGEPAGE9《三维扫描与逆向设计》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称三维扫描与逆向设计课程编号课程性质选修课课程类别专业课开课单位智能制造教研室授课学期第5学期学分/学时2/32课内学时32理论授课16上机学时16课内实践0实验学时0课外学时32适用专业智能制造是否双语否先修课程工程制图、三维实体设计、机械设计后续课程增材制造技术、数字化设计与制造综合实践、毕业设计二、课程简介《三维扫描与逆向设计》是一门以逆向设计理论为基础、以计算机仿真软件为工具的课程，课程理论性及实践操作性均较强，且具有重要的工程应用意义，是智能制造专业的一门选修课。本课程涉及逆向建模技术及方法、数据采集与处理、三维CAD模型重构等内容。通过学习本课程，学生能够掌握数据采集、数据处理、模型重构等产品逆向设计的理论、技术和方法，具有将扫描文件从点云过渡到可用于下游工程、制造、艺术和工业设计等工程应用的3D多边形和曲面模型的能力；具备运用所学基本理论和方法发现问题并解决工程实际的能力、爱国情怀、民族自信、严谨的科学思维和工作作风、勇于探索的创新精神和新时代工匠精神。在今后从事相关领域的科学技术研究、解决工程实际问题方面具有一定的基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.通过本课程的学习，学生应了解三维扫描与逆向建模技术发展的方向与前沿及在智能制造等领域的应用与前景。掌握逆向工程的概念、主要技术、常用方法，了解逆向建模思路和基本流程，了解数据采集常用设备的特点及应用；掌握数据处理和模型重构的基本理论，并能初步应用并指导实践。课程目标2.在深入领悟三维扫描与逆向建模的基础理论和基本技能的同时，学生能建立面向机电产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具，学会将基础理论与具体实践相结合，具备获取复杂曲面产品的三维数字模型的基本素质和实践能力，从而为后续专业方面的设计研究服务，达到学有所用、学以致用的目的。课程目标3.认识三维扫描与逆向设计技术发展的现状与前沿，厚植爱国主义、中国立场和时代担当，时刻关注行业的发展和热点，树立创新意识。了解三维扫描与逆向设计在实际生产、生活中的应用等，使学生体验到新设备、新技术和新方法在实际应用中提高设计效率的价值追求，切实理解学习先进技术和缩短产品设计周期的重要意义，感悟要不断学习新技术以适应科技发展的需要。领会数据采集、数据处理、模型重构操作中综合运用所学基本理论和方法发现问题并解决工程实际能力的重要性，在建模结果的分析讨论中切实体验到要养成严谨的科学思维和工作作风、勇于探索的创新精神，传承工匠精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点3.2：能够在综合考虑特定需求和社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的基础上，提出问题的解决方案，在设计环节中能够体现创新意识。3-设计/开发解决方案课程目标2指标点3.2：能够在综合考虑特定需求和社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的基础上，提出问题的解决方案，在设计环节中能够体现创新意识。指标点5.1：能够合理选择与使用解决复杂智能制造工程问题所需的多种仪器设备、信息资源、现代工程工具和信息技术工具。指标点5.2：能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。3-设计/开发解决方案5-使用现代工具课程目标3指标点3.2：能够在综合考虑特定需求和社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的基础上，提出问题的解决方案，在设计环节中能够体现创新意识。3-设计/开发解决方案四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）《三维扫描与逆向设计》课程的性质、作用及主要学习内容。（2）课程的学习特点及考核方式。（3）三维扫描与逆向工程技术简介。（4）三维扫描与逆向设计技术的热点、发展现状、前沿和应用。2.重点和难点重点：三维扫描与逆向工程的概念、内涵和特征。难点：三维扫描与逆向设计技术的热点、发展前沿和应用。3.教学方法采用“思政案例+启发驱动”方式，融入思政元素，厚植爱国主义、中国立场和时代担当，树立创新意识，培养学生不畏艰辛的科学探索精神和深厚的家国情怀。（2）采用“视频动画+图片”方式，形象直观帮助学生理解、掌握三维扫描与逆向工程的内涵和特征，感受新设备、新技术和新方法在实际应用中提高设计效率的价值追求，切实理解学习先进技术和缩短产品设计周期的重要意义，感悟要不断学习新技术以适应科技发展的需要。4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后了解课程的作用，明确学习目标。掌握三维扫描与逆向设计的概念、内涵、特征、在工业中的地位、应用，了解三维扫描与逆向设计技术的发展概况、热点以及最新进展。5.支撑课程目标本单元学习三维扫描与逆向工程的概念、内涵和特征等相关基础知识，完成课程目标1；通过讲解三维扫描与逆向工程的内涵和特征，使学生感受新设备、新技术和新方法在实际应用中提高设计效率的价值追求，切实理解学习先进技术和缩短产品设计周期的重要意义，感悟要不断学习新技术以适应科技发展的需要，由此完成课程目标3。第二单元逆向建模技术及方法（学时数：2学时）1.课程主要内容（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应用。（3）曲面模型重构模式。2.重点和难点重点：逆向建模的概念及常用方法。难点：根据产品外观结构的几何特征，选取合理的曲面模型重构模式。3.教学方法（1）通过多媒体资源展示逆向建模流程，使学生对建模流程有更清晰的了解，丰富学生课程与教学的基本知识结构。（2）学生以小组形式讨论逆向建模技术的应用场合并汇报。4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后，能够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应用，并能根据产品外观结构的几何特征，选取合理的曲面模型重构模式。5.支撑课程目标本单元学习逆向建模技术及方法相关基础知识，完成课程目标1；通过小组讨论逆向建模技术的应用场合，使学生感悟创新思维和技术创新的重要性，鼓励学生在实践中发现问题、解决问题、创新应用。由此完成课程目标3。第三单元GeomagicStudio逆向建模技术基础（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）GeomagicStudio软件介绍。（2）GeomagicStudio逆向建模基本流程。（3）GeomagicStudio逆向建模操作主要模块。（4）工作界面介绍、鼠标及键盘操作方法。（5）视图与选择模块介绍。（6）文件的导入与导出操作。（7）基础操作实例。2.重点和难点重点：逆向建模的基本流程及主要模块。难点：熟练应用软件进行点云的基础操作。3.教学方法以自行车座椅为例，熟悉GeomagicStudio工作界面和鼠标、键盘基本操作方法。通过案例分析与操作，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生的反思能力。4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后，能够对GeomagicStudio软件有初步的认识，掌握GeomagicStudio逆向建模基本流程，了解GeomagicStudio逆向建模操作主要模块，熟练使用键盘、鼠标对软件进行基础操作。5.支撑课程目标本单元学习逆向建模基本流程、GeomagicStudio逆向建模操作主要模块等相关基础知识，并能对自行车座椅文件进行打开、平移、缩放、旋转、预定义视图、选择、删除、保存和退出等操作，由此完成课程目标1、2。第四单元数据采集（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）数据采集概述。（2）GeomagicStudio数据采集阶段的主要操作命令。（3）数据采集实例。2.重点和难点重点：数据采集的方法、流程，可以根据物体特征选用合理的数据采集方法。难点：熟练运用GeomagicStudio软件对采集数据进行预处理和保存。3.教学方法（1）通过多媒体资料了解现有的数据采集设备及数据采集方法。丰富学生课程与教学的基本知识结构，拓展学生的视野。（2）通过数据采集案例，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生的反思能力。4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后，能够掌握数据采集的方法、流程，可以根据物体特征选用合理的数据采集方法，并熟练运用GeomagicStudio软件对采集数据进行预处理和保存。5.支撑课程目标本单元学习数据采集的相关基础知识，完成课程目标1；可以根据物体特征选用合理的数据采集方法，并能熟练运用GeomagicStudio软件对采集数据进行预处理和保存，由此完成课程目标2。第五单元三维模型重构（学时数：22学时）1.课程主要内容（1）点阶段数据处理方法及步骤。（2）多边形阶段数据处理方法及步骤。（3）特征模块处理方法及步骤。（4）曲线阶段数据处理方法及步骤。（5）曲面阶段数据处理方法及步骤。（6）分析模块主要操作命令。2.重点和难点重点：点阶段、多边形阶段、特征模块的数据处理。难点：曲线、曲面阶段的数据处理。3.教学方法（1）通过轮胎、门把手、中隔板等案例数据进行处理，熟悉数据处理方法及步骤，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生的反思能力。（3）利用自动曲面化方法进行男性头部多边形模型的实例操作，通过偏差分析命令，得到偏差分析图。教师与学生共同讨论偏差产生的原因以及在操作中如何减少偏差，不仅活跃课堂气氛、调动学习热情，且使学生秉承强国之志，深刻理解工匠精神的重要意义，形成规范的工程师职业素养，树立正确的职业观。

4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后，能够利用GeomagicStudio软件，对三维模型进行重构。5.支撑课程目标本单元学习三维模型重构的相关基础知识并能对实际案例进行数据处理，完成课程目标1、2；通过对多边形模型进行偏差分析，使学生秉承强国之志，深刻理解工匠精神的重要意义，形成规范的工程师职业素养，树立正确的职业观，由此完成课程目标3。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑理论课程模板课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元绪论讲授法、案例教学课程目标1、321：1第二单元逆向建模技术及方法讲授法、小组讨论课程目标1、321：1第三单元GeomagicStudio逆向建模技术基础讲授法、案例教学课程目标1、2、341：1第四单元数据采集讲授法、案例教学课程目标1、221：1第五单元三维模型重构讲授法、案例教学课程目标1、2、3221：1合计321：1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩40%作业（百分制）50本门课程5次作业，主要考核学生对各单元知识点的理解和掌握程度；每次作业按百分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。作业评分的具体标准包括提交时间、作业正确率等。目标分值=0.5*作业平均成绩测验（百分制）20上机测验2次。每次测验满分100份。取2次测验的平均值作为此环节最终成绩。目标分值=0.2*测验最终成绩课堂表现（百分制）20课堂表现主要是根据学生在课堂上的专注度、师生互动时回答问题的积极性和回答质量、提出问题时的深度等因素对学生的课堂表现进行总体评价。课堂表现按百分制评分。目标分值=0.2*课堂表现成绩单元知识小组汇报成绩（百分制）20结合课程内容、研究热点等布置话题讨论，根据小组汇报情况为小组打分。本门课程共1次汇报，满分100分。此环节中，教师评价权重10%，组内生生评价权重5%，组外生生评价权重5%。目标分值=0.1*汇报最终成绩A（教师评分）+0.05*汇报成绩B（组内评分）+0.05*汇报成绩C（组外评分）期末测验60%知识40考试内容及题型：灵活处理点云，完成三维模型重构。评价细则：主要考核学生灵活应用各单元重点和难点内容，依据试题难易分配目标分值。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元绪论1-1三维扫描与逆向工程技术简介。1-2三维扫描与逆向设计技术的热点、发展现状、前沿和应用。作业，测验课程目标1、3第二单元逆向建模技术及方法2-1逆向建模的概念和常用方法。作业，测验课程目标1、32-2正逆向混合建模方法的一般流程及应用。第三单元GeomagicStudio逆向建模技术基础3-1GeomagicStudio逆向建模基本流程。3-2文件的导入与导出操作。作业，测验，期末测验课程目标1、2第四单元数据采集4-1数据采集概述作业，测验课程目标1、2第五单元三维模型重构5-1点阶段数据处理方法及步骤。了解汽车制动性的评价指标。作业，测验，期末测验课程目标1、2、35-2多边形阶段数据处理方法及步骤。制动时车轮的受力分析。5-3特征模块处理方法及步骤。六、使用教材