教育作為國(guó)之大計(jì)、名族的希望，一直以來(lái)都是與時(shí)俱進(jìn)，不斷地探索著先進(jìn)的教學(xué)方式和教學(xué)模式。而三維掃描技術(shù)作為近些年來(lái)十分火熱的高新技術(shù)，在眾多行業(yè)發(fā)揮著重要的作用，在教育行業(yè)更是如此。

三維數(shù)字化特別適用于一些原理復(fù)雜，對(duì)空間要求比較高的教學(xué)中，常規(guī)的教學(xué)很難達(dá)到理想的效果，而三維數(shù)字化教學(xué)能解決所見(jiàn)即所得的問(wèn)題，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物，帶來(lái)更真實(shí)、更精細(xì)、更震撼的視覺(jué)感受,進(jìn)而對(duì)所學(xué)的知識(shí)有更深刻地理解。同時(shí)，這種多樣性和情境性，有助于啟發(fā)學(xué)習(xí)者積極的學(xué)習(xí)心態(tài)，激發(fā)和維持學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)的發(fā)生。

鑒于三維掃描技術(shù)是一門(mén)新興的技術(shù)，可以在眾多學(xué)科之間，比如：工業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、建筑城規(guī)、教育技術(shù)、等做橫向課題研究，也可以在一個(gè)學(xué)科內(nèi)部做深入的縱向研究，所以自虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入我國(guó)以來(lái)一直是國(guó)內(nèi)眾多高校追捧的對(duì)象，也是目前學(xué)術(shù)及科研的前沿技術(shù)，在眾多研究領(lǐng)域全面開(kāi)花。

首先，讓我們從三維數(shù)字化在教育行業(yè)重要性來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述：

一方面考慮到三維數(shù)字化教育緊密配合理論教學(xué)，讓學(xué)生掌握最新的通過(guò)三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、逆向設(shè)計(jì)理論和方法，掌握當(dāng)代設(shè)計(jì)的武器，使學(xué)生在當(dāng)前技術(shù)進(jìn)步對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大沖擊和支持的浪潮中，駕輕就熟，與社會(huì)需求和企業(yè)需求緊密相連，從而勝任現(xiàn)代企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人才的要求。拓寬知識(shí)面和知識(shí)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、綜合設(shè)計(jì)能力和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

另一方面注重教師科研需要，讓教師隊(duì)伍在當(dāng)代工業(yè)設(shè)計(jì)的最新武器的平臺(tái)上，結(jié)合教師設(shè)計(jì)理論和水平，可以使教師隊(duì)伍不斷創(chuàng)新，包括設(shè)計(jì)理論的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新。同時(shí)，也讓教師通過(guò)先進(jìn)的工業(yè)設(shè)計(jì)工具，帶領(lǐng)教師團(tuán)隊(duì)和學(xué)生團(tuán)隊(duì)走在當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)的最前列，更好、更快地設(shè)計(jì)出具有高水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)作品。

下面進(jìn)行較為詳實(shí)的說(shuō)明：

一、教學(xué)應(yīng)用方向：

u 設(shè)計(jì)相關(guān)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)程序、交通機(jī)具設(shè)計(jì)、工藝品設(shè)計(jì)

u 公共環(huán)境設(shè)施設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)表現(xiàn)渲染、產(chǎn)品語(yǔ)意學(xué)

u 家具設(shè)計(jì)、小型產(chǎn)品設(shè)計(jì)

u 產(chǎn)品設(shè)計(jì)、立體形態(tài)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

u 虛擬設(shè)計(jì)、展示設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)

u 應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)、小型產(chǎn)品設(shè)計(jì)

u 模型塑造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)預(yù)想圖

u 設(shè)計(jì)概論、價(jià)值工程學(xué)

u 工程制圖、材料及工藝學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)

u 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)

u 產(chǎn)品語(yǔ)意學(xué)、動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)

u 設(shè)計(jì)素描、色彩基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)預(yù)想圖

u 產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模型塑造及快速成型

u 汽車外形設(shè)計(jì)、小產(chǎn)品設(shè)計(jì)、潔具設(shè)計(jì)、醫(yī)療器械設(shè)計(jì)

u 交通機(jī)具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品展示、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

u 醫(yī)學(xué)教育

二、科研方向：可以為師生提供以下一些方面的科學(xué)研究工作

a)虛擬設(shè)計(jì)

虛擬設(shè)計(jì)幫助設(shè)計(jì)師在計(jì)算機(jī)上方便地修改設(shè)計(jì)，展示不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案以后，這樣做大大節(jié)約了設(shè)計(jì)研發(fā)的成本、加快了研發(fā)的速度。

b)虛擬仿真裝配

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維交互技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)的裝配領(lǐng)域中。在虛擬環(huán)境下，操作人員通過(guò)交互設(shè)備與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行互動(dòng)，模擬產(chǎn)品的裝配過(guò)程。可以有效地提高裝配培訓(xùn)的效率、降低培訓(xùn)成本。可以利用三維掃描進(jìn)行虛擬裝配系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，在實(shí)際培訓(xùn)過(guò)程中，起到了非常良好的教學(xué)示范，使學(xué)生能夠更好的理解機(jī)械組裝原理，及工業(yè)產(chǎn)品的組織構(gòu)成。

c)虛擬實(shí)驗(yàn)

利用三維掃描，在虛擬仿真系統(tǒng)中，可以將設(shè)計(jì)出物品進(jìn)行多方面的性能測(cè)試，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。虛擬平臺(tái)中強(qiáng)大的物理引擎可以逼真地設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)，模擬真實(shí)世界中的物理反饋現(xiàn)象。虛擬實(shí)驗(yàn)大大降低了產(chǎn)品測(cè)試，研發(fā)的成本，能夠直觀、快速地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

d)產(chǎn)品展示及發(fā)布

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)藝術(shù)產(chǎn)品的立體展示，以其簡(jiǎn)單易懂和靈活性變革了沉浸式交互體驗(yàn)。系統(tǒng)能夠?qū)⑽矬w智能化地漂浮在你眼前，推動(dòng)數(shù)字體驗(yàn)更接近現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于營(yíng)銷活動(dòng)、廣告、產(chǎn)品發(fā)布和會(huì)議等眾多領(lǐng)域。

e)評(píng)估審核

系統(tǒng)還可用于新產(chǎn)品的評(píng)估審核，可通過(guò)三維掃描儀系統(tǒng)進(jìn)行虛擬和快速成型系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的有效評(píng)估審核，可供團(tuán)隊(duì)多人同時(shí)參與。在產(chǎn)品研發(fā)階段就可以通過(guò)對(duì)數(shù)字樣機(jī)的展示，進(jìn)行新產(chǎn)品報(bào)告及設(shè)計(jì)方案詳細(xì)論證。

f)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

虛擬設(shè)計(jì)幫助設(shè)計(jì)師在計(jì)算機(jī)上方便地修改設(shè)計(jì)，展示不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案以后，再做出物理樣機(jī)。這樣做大大節(jié)約了設(shè)計(jì)研發(fā)的成本、加快了研發(fā)的速度。

g)交互展示

該系統(tǒng)不僅能夠進(jìn)行三維立體展示，還能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬場(chǎng)景與用戶之間的交互功能。通過(guò)操縱設(shè)備，體驗(yàn)在虛擬場(chǎng)景中的漫游，控制虛擬產(chǎn)品的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等功能。可使用戶深入到產(chǎn)品內(nèi)部去仔細(xì)觀察其構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)與虛擬場(chǎng)景的互動(dòng)，這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維動(dòng)畫(huà)的真正區(qū)別。

三、應(yīng)用案例

下面我們來(lái)說(shuō)幾個(gè)應(yīng)用案例，讓大家有一個(gè)直觀的了解。

1、某學(xué)校使用三維掃描技術(shù)進(jìn)行汽車組裝拆卸教學(xué)

項(xiàng)目目標(biāo)：希望通過(guò)三維掃描的方式獲取整車的主要要部件數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)字化汽車組裝拆卸教學(xué)。

教師講解的案例是固定的，三維掃描、逆向建模為獨(dú)立的課程模塊使得學(xué)生在實(shí)踐中不會(huì)學(xué)以致用。因此，有目的的引導(dǎo)同學(xué)將數(shù)據(jù)采集、零件設(shè)計(jì)、成型加工、精密檢測(cè)等環(huán)節(jié)貫穿起來(lái)，將整個(gè)逆向設(shè)計(jì)流程結(jié)合起來(lái)，既可以深入學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、深刻領(lǐng)悟過(guò)程，也可以將課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，使得課程設(shè)置更有效、更合理，更加優(yōu)質(zhì)的提高教學(xué)效果。

在這個(gè)案例中，由于整車零部件數(shù)量繁多,對(duì)差異巨大(大到幾米小到幾毫米，零部件顏色亦是差別很大。這就要求掃描設(shè)備滿足掃描速度快、精度高、靈活性高、對(duì)要部件表面材質(zhì)適應(yīng)范圍廣的要求。我們使用的高精度手持三維掃描設(shè)備完成本次掃描項(xiàng)目。該設(shè)備具有掃描速度快、數(shù)據(jù)質(zhì)量高、能夠在復(fù)雜震動(dòng)環(huán)境下掃描的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)此款掃描儀能夠進(jìn)入狹小的車體內(nèi)部，無(wú)死角的進(jìn)行掃描。

應(yīng)用前景：汽車零部件眾多，原理復(fù)雜，常規(guī)的教學(xué)很難達(dá)到理想的效果，而數(shù)字化教學(xué)能解決所見(jiàn)即所得的問(wèn)題，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物，帶來(lái)更真實(shí)、更精細(xì)、更震撼的視覺(jué)感受,進(jìn)而對(duì)所學(xué)的知識(shí)有更深刻地理解。同時(shí)，這種多樣性和情境性，有助于啟發(fā)學(xué)習(xí)者積極的學(xué)習(xí)心態(tài)，激發(fā)和維持學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)智慧學(xué)習(xí)的發(fā)生。

未來(lái)，3D數(shù)字化教學(xué)這種具有完整學(xué)習(xí)體驗(yàn)的新型學(xué)習(xí)模式，一定為成為未來(lái)課堂中十分有效的輔助教學(xué)手段，當(dāng)然，除了此類汽車工業(yè)專業(yè),其他的如建筑設(shè)計(jì)、傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)、游戲、影視、廣告教學(xué)中，三維數(shù)字教學(xué)亦有著廣泛的應(yīng)用前景。

2：上海某高校借助三維掃描研究“普通鋼筋在不同酸堿度環(huán)境下的受腐蝕情況”

項(xiàng)目描述：一般環(huán)境下，解決鋼筋銹蝕問(wèn)題就是控制了混凝土保護(hù)層質(zhì)量問(wèn)題，也就解決了鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題。可以說(shuō)，解決了此問(wèn)題，對(duì)工程質(zhì)量的把控有將有著長(zhǎng)足的改進(jìn)。本次測(cè)量的鋼筋即用于該項(xiàng)目的原始對(duì)比數(shù)據(jù)。

掃描難點(diǎn)：鋼筋長(zhǎng)900毫米，直徑5毫米,這種有細(xì)節(jié)要求，又是細(xì)長(zhǎng)型、容易產(chǎn)生形變的模型非常不好放置與掃描。根據(jù)實(shí)際情況，選用Creaform的手持三維掃描儀進(jìn)行解決。此設(shè)備靈活度高、細(xì)節(jié)好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，掃描速度快，能得到微米級(jí)的精準(zhǔn)數(shù)值，為科研的進(jìn)一步分析做好數(shù)據(jù)采集工作。

應(yīng)用前景：三維掃描克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的局限性,采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，快速將現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)，不僅更精準(zhǔn)，還省去了很多測(cè)量的時(shí)間。作為一種新的空間數(shù)據(jù)采集手段，其必將具有廣闊的應(yīng)用前景。本項(xiàng)目使用的手持三維掃描儀采用了自定位技術(shù)，坐標(biāo)系定位在物體上,因此，被測(cè)物體與掃描儀均可自由移動(dòng)，對(duì)于這類形狀特殊易形變的模型掃描，有著較高的優(yōu)勢(shì)。

3 三維掃描在人體解剖教學(xué)中的應(yīng)用

人體解剖學(xué)教和學(xué)的難度都很大，由于學(xué)生們無(wú)法隨時(shí)到解剖實(shí)驗(yàn)室觀察人體標(biāo)本，在解剖學(xué)教學(xué)中很強(qiáng)調(diào)利用教科書(shū)及圖譜中的插圖來(lái)幫助學(xué)生們學(xué)習(xí)，但這些插圖都是二維圖像，學(xué)生需要很好的空間想象力來(lái)完成各個(gè)結(jié)構(gòu)的記憶。同時(shí)教師在教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)利用二維圖像教學(xué)往往很難將某些解剖學(xué)結(jié)構(gòu)闡述清楚。

我們通過(guò)三維掃描獲取三維數(shù)據(jù)，從而重建骨的三維重建圖像，這樣的圖像可以使解剖學(xué)的教與學(xué)更直觀有利于學(xué)生對(duì)解剖學(xué)知識(shí)的理解和記憶。同時(shí)，此重建的三維模型經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母袷睫D(zhuǎn)變后可用 于科研及教學(xué)模具的生產(chǎn)。

此三維模型可以在普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用，可以大大地方便老師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。先老師可以很方便地進(jìn)行解剖理論課的教學(xué)，各解剖結(jié)構(gòu)的位置一目了然，不用再辛苦而且枯燥地描述各解剖結(jié)構(gòu)的空間位置，學(xué)生理解及記憶能力也將明顯提高，而且還可以大大地拓展教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次學(xué)生可以在電腦中可以觀察骨的三維形態(tài)，可以幫助學(xué)生們直觀地理解并記憶各解剖結(jié)構(gòu)，對(duì)各結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系也能清楚地觀察到，而不再需要辛苦地冥想各結(jié)構(gòu)的立體位置。另外學(xué)生們也可以隨時(shí)進(jìn)行解剖學(xué)的學(xué)習(xí)，而不用專門(mén)到解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室，這樣他們可以自己安排學(xué)習(xí)時(shí)間及學(xué)習(xí)進(jìn)度，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。因而這些三維重建圖像可以明顯提高了教與學(xué)兩方面在單位時(shí)間內(nèi)的工作效率。

將新的三維數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)手段有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，對(duì)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的進(jìn)一步提高具有不可言喻的影響。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合實(shí) 際需要交替使用，合理安排，以能有效提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量為目的。

上海滬敖信息科技有限公司是一家致力于三維數(shù)字化行業(yè)解決方案的技術(shù)型企業(yè)。公司以行業(yè)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，為客戶提供三維數(shù)字化采集、三維數(shù)據(jù)處理等一系列服務(wù)。滬敖擁有手持三維掃描儀、小空間三維掃描儀、地面三維激光掃描儀、無(wú)人機(jī)實(shí)景三維系統(tǒng)、3D打印機(jī)等多種技術(shù)手段，是行業(yè)內(nèi)知名設(shè)備的簽約合作伙伴。從幾厘米到幾十米的對(duì)象、或從幾米到上千米的三維空間，滬敖均可提供涵蓋軟硬件產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)的完整解決方案。