基于三维建模平台的“无人机遥感”课程创新研究

于文龙　高繁强　张明宇等

关键词：三维建模；无人机遥感；教学改革；创新探索

中图法分类号：TP391 文献标识码：A

近年来，随着科技的高速发展，三维建模技术已日渐完善，不仅突破了二维平面单调展示空间信息的限制，并且为各行各业提供了更加直观且真实的辅助决策技术支持。当前，鉴于受高校学生薄弱的知识基础和欠缺的学习能力的影响，教师在设计教学内容时侧重于让学生理解和掌握“无人机遥感”课程的原理和方法，但这部分学习需要学生具备较强的数理基础，往往会忽视对学生空间思维的培养。在“无人机遥感”课程中，数理基础和空间思维能力要求较高，导致学生理论学习较为吃力[1～3]。因此，本文以遥感科学与技术专业中的“无人机遥感”课程作为“示范项目”，大胆尝试将“三维建模平台”与“无人机遥感”课程相结合，采用“理论导向，三维驱动”理论和实际一体化的教学模式，注重学生空间思维能力的培养，通过改变传统遥感科学与技术专业学生的授课方式，提升学生的学习兴趣，最大限度地做到学以致用，以期提高教学质量。

1三维建模的现状与发展

三维建模是通过计算机处理和表示，对三维建筑物建立数学模型，以此表达和建立真实世界的虚拟现实。从严格意义上讲，三维建模技术并不是一种很新的技术，在国外，地质建模早已发展了几十年，中国的相关技术发展也可追溯到20世纪80年代。以往的三维建模多用于视觉检测方面，但随着三维建模技术的不断发展，现在已经应用在虚拟现实、生物医学、建筑等方面，为推进和建设数字化城市创造了较为丰厚的经济效益。物理三维建模是计算机几何设计、计算机动画以及计算机图形学等领域的核心技术，其独到的管理庞大空间对象的能力及空间分析的能力，可以弥补遥感在三维数据薄弱以及空间分辨率低等方面的不足，以提高其解决行业用户核心需求的能力。

隨着各项大数据技术的发展，三维建模将来会在智慧城市、数字校园等领域发挥举足轻重的作用，同时可以满足高校教师、科研人员以及专业学生的学习需求。

2“无人机遥感”课程的现状与发展

随着遥感技术的发展，各个专业领域对遥感数据的需求逐渐增加，但数据获取的手段相对不足，此时，以无人机为空中遥感平台的遥感技术应运而生。无人机遥感技术是一种新型的航空摄影测量的方式，它具有续航时间长、实时影像传输、探测高危地区、成本低等优点，但是由于“无人机遥感”课程教学内容较强的理论性和空间性，不易被学生接受，很难达到预期的教学效果。在以往的教学过程中，“无人机遥感”课程的讲授以相关理论为主，或是结合相关实际应用进行简单介绍，过程枯燥无味，教学效果较差。另外，一些高校经济基础较差，无法搭建相关实验室以满足实践需要，使得理论与实践相脱节。

针对上述问题，对于“无人机遥感”课程的讲授，如何生动且联系实际显得尤为重要。因此，在设计本课程的教学内容时，通过无人机遥感拍摄的航空影片来进行三维建模，构建相关平台应用于“无人机遥感”课程，以增强学生空间想象力和理解“无人机遥感”课程相关知识的能力。可以通过“地理信息服务综合管控平台”案例来展示和存储地理信息，进行“无人机遥感”课程的讲授，其能够很好地融合该课程概念抽象、较难理解的特点，给学生带来更直观的体验，便于他们理解和掌握相关技巧，进而提高教学质量。

3三维建模平台在“无人机遥感”课程中的应用及未来

3.1三维建模平台在“无人机遥感”课程中的导入

虽然在传统的日常教学过程中，已经引入了部分基于倾斜摄影测量的半自动建模技术相关的教学内容，但这项技术听起来就较为乏味枯燥，仍需结合现实生活中大量的无人机遥感相关的内容进行教授。为了破除传统教学的弊端以及弥补教学过程中存在的不足，对于“无人机遥感”课程而言，课程内容的设计尤为重要。教师可对课程内容进行必要的调整，提高学生解决实际遥感问题的能力。授课教师可挑选学生熟悉的场景，现场展示并讲解数据的采集方法，以及三维模型的创建流程，加深学生学习印象，改善学生对于当前行业发展阶段的认识，能够有效提高学生对于实习的积极性。

如图1所示，在“无人机遥感”课程中引入三维建模，可生动直观地讲解无人机遥感的内容，并将无人机遥感、遥感的应用，通过三维建模的模式进行讲解，相较于传统的无人机理论教学，其更直观、形象、立体、生动，更易让学生理解，同时扩展学生关于本课程的学习空间。在教师讲授过程中，通过山东交通学院自主研发的软件平台，获取物体表面的点云数据、影像数据进行预处理、拼接等，得到物体真实的三维形状，不再是机械地进行图片和理论知识讲解，让学生在这个过程中真正地融人教学中，学到相关知识。

3.2三维建模平台在“无人机遥感”课程中的应用

在遥感科学与技术专业学习过程中，认知实践部分是不可或缺的，三维建模知识被引入“无人机遥感”课程中，能够强化无人机遥感数据展示的意义，从而进一步培养学生的实际操作能力[4]。在“无人机遥感”课程讲述中，授课教师挑选典型事例，结合实际三维建模平台，采用“理论导向，三维驱动”理论和实际一体化的教学模式，以真实场景来开展启发式教学，让学生对其所学的“无人机遥感”课程理论方法的应用有更加深刻的认识。通过无人机拍摄真实校园全景照片进行三维建模，通过熟悉的场景引导，激起学生求知的渴望。与此同时，基于三维建模的复合式教学，可以降低教学成本，提高教学效率。如图2所示，在案例分析课上，将三维建模的真实校园场景和无人机遥感基础理论引入课堂进行交流和讨论，引导学生积极思考，由被动学习转换为主动学习，使其自发地学习新技术。通过教师教与学生学的相互结合，引导学生自主发展，大大提高他们的空间感知思维，并改善学生对于当前行业发展阶段的认识，能够有效提高学生对于实习的积极性。

3.3三维建模平台在“无人机遥感”课程中的未来

在这个高新技术迅速发展的时代，人们对于数字与媒体的需求也变得越来越多[7]。三维建模技术能使人们更好地与现实世界的事物相联系。在大数据背景下，三维建模平台的发展前景十分广阔，且具有一定的生存空间，或将成为发展的主流趋势。与此同时，三维建模技术将来为“无人机遥感”课程提供的服务会越来越便利。在不久的将来，三维模型建模技术将会更多地融人“无人机遥感”课程。但是，如何将三维建模平台和“无人机遥感”课程较好地融合在一起，还需要教师进行相关探究和技术转化。

4结束语

鉴于“无人机遥感”课程教学中存在的多个难点，本文尝试将三维模型平台与“无人机遥感”课程有机结合，使整个教学过程更加有趣和直观，从而激起学生学习遥感技术的兴趣，提高教学质量，达到教学目的，进而培养学生对无人机遥感的应用能力。实践时，授课教师挑选典型案例，现场展示并讲解实景三维建模平台搭建流程，以及数据的采集，加深学生学习印象，改善学生对于当前行业发展阶段的认识，能够有效提高学生对于实习的积极性。在后续的教学过程中，还将继续开展基于相关技术的课程建设，探索高效的课程教学机制，真正满足教书育人的基本要求，从而更好地服务于遥感科学与技术专业人才的培养。

随着无人机遥感技术的更新，社会对人才需求也不断变化，三维建模技术为课程改革提供了支撑条件。高新技术应用于遥感科学与技术专业教学，使学生在未来就业环境中具有一定的核心竞争力与技术优势。培养适应时代需求的新基建型人才是当前社会经济发展的根本目标，要不断改革与完善。高校还应开展以学生发展为目的的实践性教学，增强校企友好合作关系，为学生实习提供良好的环境，有助于学生积累实践经验，培养学生的综合能力，为学生将来的工作奠定坚实的基础。

作者简介：

于文龙（1984—），博士，讲师，研究方向：计算机图形学、人工智能机械学习、卷积神经网络、基于智能手机的灾害实时地图生成。