CAID课程训练重点研究

摘  要：在艺术类工业设计CAID教学中，通过明确的课程重点讲解和针对性的课程训练使学生掌握建模思维和自主方法已成为计算机辅助设计教学的重中之重。通过对三亚学院产品设计专业CAID课程教学的跟踪研究，归类出普遍存在于CAID课程学习的三类误区，提出了工业设计CAID课程教学应以思维建模为主，以识图建模、比例建模、细节建模和曲率建模为辅的五位一体课程训练建议。

关键词：工业设计;CAID;课程重点

中图分类号：TB47       文献标识码：A 文章编号：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

伴随设计数字化时代的到来，工业设计从图纸化设计转向无纸化设计，CAID已成为工业设计人才必须具备的能力。它凭借智能化、可视化、便捷化的优点迅速地介入到工业设计领域，催生出新的设计环节和设计岗位。高校学生和设计师普遍对于CAID的认识集中在软件操作和设计表现，忽视了工业设计思维与CAD结合这一实质，致使无论是工科背景的“技术+艺术”还是艺术背景的“艺术+技术”的课程授课方式都成为对工具的探索，缺乏对CAID课程重点的理解和设计者主观能动性的体现。因此，以人为主体，从工业设计特点出发探讨CAID课程重点，优化对CAID的认识，是十分必要的。

1  三亚学院CAID课程体系介绍

CAID也叫作计算机辅助工业设计，是通过计算机技术研究设计领域的图形图像仿真表达，主要包括产品三维模型构建，产品效果图渲染，产品动态展示等内容，其中产品三维模型构建是CAID的重点研究内容，也是本文的主要研究对象。

CAID课程在三亚学院艺术学院产品设计专业课程体系定位中为专业基础课设置，开设在大二学年，先修课程为设计创意、设计史论、设计程序与方法等，学生初步接触设计方法与设计技法，对专业的认识由艺术向设计转变，对设计的认知不够系统和充分。教学团队经过十年的课程改革和跟踪评价发现：目标明确的CAID课程不但可以为学生学习后续课程打下专业基础，还可以提高学生学习其他课程的积极性，很多学生正是通过此类课程對产品设计或工业设计产生了浓厚兴趣。

现阶段三亚学院艺术学院的CAID课程体系主要有Alias AutoStudio和Rhino两个软件系统部分，课程体系中Rhino软件针对产品造型设计专业，强调工业设计中感性形态表达与形态捕捉;Alias AutoStudio针对汽车造型设计专业，强调汽车造型的参数化表达和数据输出。虽然两门课程内容和学习要求不同，但两门课程一直反对进行过多工具探索和效果表现，鼓励对学生系统性思维的学习和训练，以提高学生学习CAID课程自主能力与应变能力为教学目标。教学团队经过课程授课方式和训练重点的修正，对CAID类课程进行归纳和优化，建立起了CAID课程体系的思维架构和思维建模、识图建模、比例建模、细节建模、曲率建模五个课程训练重点，并以此为基础作为课程考核评价的标准组成。

2  学习CAID常见的三类误区

CAID在艺术类工业设计人才培养中也占据着重要的作用，国内各个院校均重视此类课程的教学并做出了一系列探索性尝试工作探索，如浙江大学的国家级精品课程“计算机辅助工业设计”取得了一定成就，该课程将CAID的内容由重“工具”和重“表现”提升到了重“设计”阶段。三亚学院艺术学院的Rhino课程教学主要集中在产品造型设计专业，通过该课程的讲授与学习，学生的三维塑造和表现能力进一步加强，但存在一定的学习误区，主要表现为以下三点。

2.1  侧重技能操作，忽视建模思维培养

建模思维是指建模的步骤和方法规划，具体指在建模前期通过对工业设计草图方案造型特点的分析，结合所使用的CAID软件系统的建模原理和成形特点进行数字模型构建过程中的分面设计和操作思路的规划，其中分面是复杂CAID模型构建的基础。系统合理的建模思路对于提升数字模型构建的精度与降低其难度起到了至关重要的作用，建模思维的建立和训练是计算机辅助工业设计课程优化的先行基础。

忽视建模思维的培养和训练在学习计算机辅助工业设计的过程中表现尤为突出，CAID课程被广泛地片面认为是技术的训练，而关于如何树立系统规范的建模思维至今并未形成统一的理论体系，所以，改变对CAID的认识是建模思维培养首先要解决的问题。

在进行CAID实践时，学生的惯用建模思路是先易后难，缺乏整体的思路分析制定，这种思路的建模思路缺乏系统规划，不但提高了建模难度，更加降低了建模效率，甚至使模型无法完成。如图1所示的汽车造型分析图，在进行具体的Rhino软件建模操作以前，要根据汽车外观造型特征面的特点进行分析与分解，将引擎盖、鼻线与侧面过渡面、前保险杠、侧翼板、轮眉、A柱，B柱，C柱走势面、车窗面、侧主体面等特征形态按照四边成型法则进行逐个划分，以此为基础形成合理的分面设计和系统化建模思维，这样不但可以避免整体建模过程中的失误，也保证了前翼板凸包、反翘腰线、鼻线渐消面、A柱与引擎盖过渡、引擎盖与前保险杠的过渡等造型细节的顺利完成。

2.2  偏离训练难点与重点

影响CAID模型构建的难度指标主要包括思维难度和技巧难度两部分，建模思维是模型构建的基础，思维难度指的是前文整体的分面设计和建模规划，技巧难度指的是局部对于CAID软件系统命令的掌握与实际操作。如图2所示，模型表面形态的复杂程度与建模难度无直接关系。三管连接是Rhino软件运用中的典型案例，其外观形态简洁直观，但对于缺乏系统规划的初学者而言却毫无建模思路，因为直接的命令操作不能达到模型的三管衔接要求与连续性过渡。要顺利构建该模型，需要进行分面设计以及相应的特征线绘制以达到相邻圆管的侧面与侧面，顶面与顶面之间的连续性要求。从模型外观造型的复杂程度来对比，一些常见的机器人或坦克装甲模型由很多细节零件组成，形态的复杂程度高于三管连接，但这类模型的构建难度很低，因为完成机器人模型建模的思路简单直接，只涉及几处封闭曲线、布尔运算以及组合等命令，而三管连接模型虽然造型简单但建模思路復杂，不但涉及边缘分割和补面等命令，模型连续性还需要达到G2连续，需要进行前期的建模思路设计才能完成。

2.3  碎片化技能训练，缺乏系统性和艺术性体现

工业设计是一个系统化的设计方案分析、完善、修改的并行工程，系统性的并行设计是现代设计区别于传统设计的主要标志，CAID方便快捷地将各个工程节点连接，是系统设计的信息传播渠道。

本文所指的碎片化训练是指将系统性CAID模型构建片面地理解为“建模”，这一问题在学习CAID的过程中具有很强的普遍性，导致在学习CAID中设计者缺乏主观能动性与形态艺术感，机械地完成模型构建任务，没有综合性、系统性地分析所表现对象在整个设计过程中的意象特征，过于机械地依靠二维创意图，没有充分的发挥三维数字模型构建人员的主观能动性，最终使三维数字模型与二维前期创意草图不符甚至存在矛盾。这一问题主要表现为整体比例不符或整体造型特征不符或局部造型细节不符三个特征，究其原因是因为忽略了产品造型设计是一项系统性的创意、构思、数字表现以及合理性论证的工作，而CAID正是从二维平面构思草图到三维立体效果图的转换及表现推演工具。所以在进行Rhino等CAID训练时不能过度地进行碎片性的训练而忽视对系统性的形态把控能力的训练。

3  CAID课程的训练重点

CAID课程教学首先纠正忽视建模思维、偏离训练重难点、缺乏系统性三个误区，要明确CAID课程定位不是计算机软件运用或者工具探索，CAID的核心思想是建模思维、空间思维、工具使用和设计美学等因素的数字化综合运用。针对以上所述的学习误区，CAID教学应优化学习重点并制定系统性的训练方法，其目的是提高学生自主的软件运用和综合的形态感知能力，课程训练重点分为以下五个方面。

3.1  CAID课程中的思维建模训练

如果说学习工具命令的使用方法是学习CAID的基础，那么树立合理的建模思维是学习CAID的核心。CAID类系统为工业设计者提供了三维造型的计算环境，种类多样，但成型原理大多基于NURBS的算法，只有具备合理的建模思维，才能熟练运用不同的软件。建模思维就是数字模型制作步骤与方法的规划设计，核心思想是特征面分析与拆解，把复杂形态简化提炼成多单元组合。学习和运用Rhino等CAID软件应注意在建模前期对设计方案造型特点进行分析，并结合软件相关命令的特点进行整体的步骤规划，合理的分面可以准确地表达设计意图，提高模型质量。

建模思路好坏既影响建模速度也影响建模质量，甚至关系到建模的成败，运用CAID进行工业设计模型构建要树立思考先于动手的建模意识，结合专用软件的成型特点进行实践设计，使传统的、机械性的工具运用转变成以设计师为主的创造性设计活动。

3.2  CAID课程中的识图建模训练

创意设计师的构思草图多为透视的轴测图，将创意草图进行CAID构建，需要对轴测图的三维信息进行归纳分析并反映到相关的CAID软件系统中，在CAID软件系统中通过三视图的绘制最终形成三维模型。由此可见，CAID模型构建从形态表达这一层面来看是二维到三维空间思维转换能力的训练。

识图建模训练由识图和建模两个部分组成，识图是对参考图的形体特征分析与建模思维设计，是形态思维分析范畴，其目的是充分地了解二维创意草图的三维特征;建模是实践性的CAID模型构建，是操作技术范畴，它是根据二维草图或三维实物图经过造型关系分析进行CAID三维模型的建立。通过针对性的识图建模案例训练提高学生的综合造型分析和表现能力，参考图片可以是实物照片或者草图两类，这两类在实践过程中存在一定的区别。如图3、图4所示，三维模型准确地展现了创意草图原型设计意图，体现了设计者的空间思维能力和维度转换能力。

3.3  CAID课程中的比例建模训练

比例是CAID模型构建中很重要的尺度概念，是工业设计模型构建的基本数据，是影响CAID模型构建准确度的前提。模型构建过程中比例的准确表现是造型细节的基础，比例直接影响产品的态势和情感内涵，如图5、图6所示。在进行CAID课程训练的过程中应提倡学生将工程制图中的形态分析与读图的相关知识运用到比例建模这一环节，选择比例明确的典型案例进行针对性的比例建模训练，强化学生对于形态比例的捕捉能力。CAID中的比例建模可以通过两个途径完成：第一，通过轴测透视草图的造型分析得到方案的三视图，导入传统计算机系统作为辅助参考图形，该方法误差小但缺乏工业设计模型构建过程中数模师主观的审美因素;第二，通过设计者对于轴测图方案的三维空间与深度坐标分析，直接通过软件系统实现模型构建，该方法可能形态表达误差较大，但模型塑造过程可融入数模师的主观审美因素，以上两个构建途径优缺点不同，所起到的训练目的不同。

3.4  CAID课程中的细节建模训练

细节细部出精彩，结构见微妙，产品模型细节设计可以使产品造型更加丰富。在CAID课程教学中发现很多设计细节的训练没有引起学生的重视，模型构建只停留在空洞的整体形态的练习上，这种缺失造型细节的习惯会使学生逐渐丧失深入刻画和细节把控的能力。同时，需要指出的是，在现代工业设计中细节设计必不可少，它形成了工业设计模型构建中的特定形态组成，如渐消面、衔接面、台阶面、折面、蛋形面、编织面、不等距圆角等，这些造型细节是基于设计和工艺的，具有特定曲面质量要求和模型构建方法。针对性地对产品惯用设计细节进行归类总结并进行特定的方法训练可更好地使学生形成专业的模型构建能力。

3.5  CAID课程中的曲率建模训练

曲率在数学领域表示曲线弯曲程度的量，在CAID模型中主要代表产品造型轮廓线或特征曲線的造型变化程度，在很多产品造型中曲线不是规整的圆形或椭圆形，而是局部发生变化的特异图形，正是因为这些局部的不规则变化使整个形态设计更有特点和设计感。在实践的手绘草图绘制中所展现的曲线是流畅优美的，而经过三维模型构建后形态就会发生变化失准，这种情况普遍存在于形态感受能力较弱的同学中，因为正是被忽视的这种曲线曲率的微妙变化影响了产品形态的最终表达。所以，曲率建模在CAID课程中主要训练的是学生敏锐的形态感知能力，教师要针对性地选择一些曲率变化微妙的产品进行曲率建模练习;其次，在产品设计或者汽车设计的流程中，高质量的A级曲面是产品开发流程中一个重要环节，它决定了工业设计模型构建的质量，其重点是确定曲面衔接过渡的品质是否符合A级曲率的要求，进行特定的代表性曲面连续性的制作和方法讲解是曲率建模环节的另一组成部分。

4  结  论

学习Rhino等CAID课程不仅仅是技术层面的硬件操作训练，更涉及到建模思维、形态分析、空间维度转化等综合造型能力的训练，在CAID教学中教师要避免常有的训练误区并制定系统化的训练重点，使CAID课程教学更具有针对性。通过对CAID训练的优化研究，得到以下结论：

（1）在CAID课程学习中，普遍存在缺少建模思维训练、缺少训练侧重点和缺少系统性训练等问题，这些问题导致了CAID课程教学以工具为导向，使CAID模型构建缺乏设计师的主观能动性与创造性。

（2）CAID课程优化包含思维建模、识图建模、比例建模、细节建模、曲率建模五个训练模块，使训练目标更具针对性，使工业设计的模型构建成为集思维、美学、科学为一体的创造性活动。使学生具有“以人为本，软件为辅”的数字设计能力，使学习CAID课程不再深奥难懂。

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作者简介：徐明亮（1983—），男，汉族，河北唐山人，讲师，硕士，研究方向：工业设计、CAID计算机辅助设计等。