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摘要：利用校园三维SketchUp模型制作的契机，探讨应用技术型人才的教学方法，试验将科研渗透到课堂教学的新模式。让学生理解在实践中出现问题、解决问题的一般过程。
关键词：SketchUp；虚拟现实；数字化地形；三维模型；计算机辅助设计
中图分类号：TP391.72 文献标志码：A 文章编号：2095-9214（2015）05-0066-01
1.课题立意
笔者在2011年立项了这个教学研究项目，当时的构思就是：合理配置已有的资源，利用高校平台，以“零”成本制作完成校园三维模型，强化教学互动性，改变传统的教学模式，提升教学水平。
1.1 实体沙盘模型与数字化三维模型的制作成本的对比
校区如果制作传统的实体沙盘模型，除开人工成本，只计算材料成本，至少需要3万元。需要购买有机玻璃板、ABS双色板、胶水、EPS板等等各种材料。而使用计算机辅助技术制作三维数字化模型，并不需要这些。实体沙盘制作完成后，存放还需要一个极大的陈列空间，按照1：100的比例制作，基座尺寸是3.6×4.0米。板材之间采用人工粘合，经过一个时间段后，需要补胶来维护，否则沙盘会出现开裂、变形甚至垮塌等问题。
1.2 数字化模型的优势与可扩展性
数字化模型完成后，存放与维护都不是问题，其最大的优势是可扩展性。不是沙盘，胜似沙盘——沙盘可供人参观，但是参观者必须去陈列室；而利用数字化技术，不光可以浏览三维的虚拟校区，更强大的是可以在远程进行操作。利用Web技术的扩展，网络访问者在学院的网站上就可以参观三维的“校舍”，即将入学的新生可以利用互联网，点鼠标，轻松了解学生的学习区、生活区、活动区等等。利用Google Earth（谷歌地球）技术的扩展，可以将整体模型上传，得到学院真实的坐标系统。利用三维渲染器，可以得到任意角度的鸟瞰图、彩色总平面图等。
2.制作的过程
制作SketchUp模型并不是这个教学研究项目的最终目的，如何将科研渗透到课堂教学、实践教学中，打造应用技术型人才的培养，是此次工作需要探讨的。
2.1 尽量利用现有的资源
这个教研项目的优势就是人力资源——可以将项目渗透到教学之中，发挥每一位同学的能动性，让“学”与“研”结合起来。
笔者利用《工程测量》课，让同学用全站仪、经纬仪将校区的地形图测好，并使用CASS成图，生成AutoCAD可以编辑的DWG文件。在城乡规划专业的《计算机辅助设计》的课程中，每位同学分配一栋建筑物或构筑物，使用SketchUp将其三维模型建好，统一材质统一格式，方便以后整合。
2.2 SketchUp的特点
SketchUp界面简洁，易学易用，能快速上手。这也是软件为什么能迅速在三维领域普及的重要原因之一。对于师生，特别是对计算机还不是很熟悉的新生来讲，就具有很大的优势。一般来说，如果学习方法得当，几天就可以入门。对于教学中所用到的功能就更加简单，认真做几个模型，在趣味性与实战性的引导下，很快就乐在其中。
2.3 建模与合成
由于建筑物所有的面都是由线构成的，建模过程中，需在AutoCAD 底图上根据建筑物轮廓描出闭合线段，使其生成面，用“推拉工具”拉至所要高度，建出该建筑物的大致轮廓。为了达到精确的效果，确定建筑物长宽高的尺寸，以按照底图比例建模，所以严格参照华夏学院校园地形图DWG文件的平面数据，再次测量每栋建筑物、构筑物的高度，在此二维数字化成图基础上完成SketchUp的三维建模。
完成单栋的建筑模型并不难。但合成工作遇到了巨大的麻烦。由于每位同学建模精细度不一致，导致有些SKP文件过于粗糙，但有些SKP文件却太精细——面太多。面过多以后，计算机的显示资源消耗过大，卡顿、死机、蓝屏时有发生。最后只有将精细的模型重建，规定每一个模型的上限面数，不得突破。在一次一次的重复劳动下，在一台惠普图形工作站的帮助下，仅仅只能完成了这个三百万个面的巨大SketchUp模型，而无法实现扩展功能。
3.最终的成果
建模的初衷是美好的，但是现实是残酷的。SketchUp的模型上了百万之后，只有依靠图形工作站，面数超过二百万，就是图形工作站也很困难了。在2011年，SketchUp还只有32位的版本，最多支持4G的内存，而且不支持多CPU。2014年底推出的SketchUp2015才有专门的64位操作系统版，支持大内存、支持多CPU。在经过这几年的等待后，才最终完成了一定的成果。
3.1 已经利用的成果
使用其他软件，对已经完成的SketchUp模型进行扩展，得到了以下几个成果，并已经在校园中运用了。①使用Artlantis渲染的全院鸟瞰图；②使用Photoshop填色的全院总平面彩图（地图）；③使用Lumion制作的虚拟现实校区的EXE文件，启动这个文件之后，可以像打游戏一样，用鼠标与键盘操作，进入到数字化的校区中游历、参观。
3.2 存在的问题
①SketchUp模型面太多，很难编辑。这个问题等到SketchUp2015的64位版本推出后才慢慢解决。②整体模型无法上传到Google Earth（谷歌地球）上。在SketchUp推出64位版本的同时，软件也由Google公司转卖给Trimble公司，Google Earth也相应停止了SketchUp模型的上传，这个扩展功能因此无法实现。③没有应用到Web网站上。由Lumion制作的虚拟现实校区的文件非常大，超过1G，而且启动这个文件对显卡还有一定要求，依靠目前的网络技术无法实现Web浏览，只好暂时搁置等待新技术的诞生。
4.结语
回顾课题整个研究过程，遇到了各种各样的困难，但只要精诚合作，都是可以解决的，而且在解决问题的过程中会迸发新的思维，新的视界，培养严谨的科学研究思维。同时笔者深深感到，应用技术型人才培养途径的探索充满挑战，其长期性、反复性与紧迫性促使老师队伍积极进取、不断创新，在努力提高教学素养与执教能力的同时，积极探索使学生综合发展的教学方法，以最优模式进行工作。打破现有的中国圈养教育模式，把学生带出心灵禁锢，多向培养学生的能力，让他们在激情和享受中学习，拓展素质，积极开发自身潜在能力，真正做到学以致用。
（作者单位：武汉理工大学华夏学院土木与建筑工程系）
参考文献：
[1]卫涛，建筑草图大师SketchUp效果图设计流程详解[M]，北京：清华大学出版社，2006。
[2]卫涛，SketchUp建筑设计[M]，北京：中国电力出版社，2007。
[3]廖小烽，刘洪峰，SketchUp在建筑制图教学中的应用[J]，重庆科技学院学报（社会科学版），2008（6）。
关键词：SketchUp；虚拟现实；数字化地形；三维模型；计算机辅助设计
中图分类号：TP391.72 文献标志码：A 文章编号：2095-9214（2015）05-0066-01
1.课题立意
笔者在2011年立项了这个教学研究项目，当时的构思就是：合理配置已有的资源，利用高校平台，以“零”成本制作完成校园三维模型，强化教学互动性，改变传统的教学模式，提升教学水平。
1.1 实体沙盘模型与数字化三维模型的制作成本的对比
校区如果制作传统的实体沙盘模型，除开人工成本，只计算材料成本，至少需要3万元。需要购买有机玻璃板、ABS双色板、胶水、EPS板等等各种材料。而使用计算机辅助技术制作三维数字化模型，并不需要这些。实体沙盘制作完成后，存放还需要一个极大的陈列空间，按照1：100的比例制作，基座尺寸是3.6×4.0米。板材之间采用人工粘合，经过一个时间段后，需要补胶来维护，否则沙盘会出现开裂、变形甚至垮塌等问题。
1.2 数字化模型的优势与可扩展性
数字化模型完成后，存放与维护都不是问题，其最大的优势是可扩展性。不是沙盘，胜似沙盘——沙盘可供人参观，但是参观者必须去陈列室；而利用数字化技术，不光可以浏览三维的虚拟校区，更强大的是可以在远程进行操作。利用Web技术的扩展，网络访问者在学院的网站上就可以参观三维的“校舍”，即将入学的新生可以利用互联网，点鼠标，轻松了解学生的学习区、生活区、活动区等等。利用Google Earth（谷歌地球）技术的扩展，可以将整体模型上传，得到学院真实的坐标系统。利用三维渲染器，可以得到任意角度的鸟瞰图、彩色总平面图等。
2.制作的过程
制作SketchUp模型并不是这个教学研究项目的最终目的，如何将科研渗透到课堂教学、实践教学中，打造应用技术型人才的培养，是此次工作需要探讨的。
2.1 尽量利用现有的资源
这个教研项目的优势就是人力资源——可以将项目渗透到教学之中，发挥每一位同学的能动性，让“学”与“研”结合起来。
笔者利用《工程测量》课，让同学用全站仪、经纬仪将校区的地形图测好，并使用CASS成图，生成AutoCAD可以编辑的DWG文件。在城乡规划专业的《计算机辅助设计》的课程中，每位同学分配一栋建筑物或构筑物，使用SketchUp将其三维模型建好，统一材质统一格式，方便以后整合。
2.2 SketchUp的特点
SketchUp界面简洁，易学易用，能快速上手。这也是软件为什么能迅速在三维领域普及的重要原因之一。对于师生，特别是对计算机还不是很熟悉的新生来讲，就具有很大的优势。一般来说，如果学习方法得当，几天就可以入门。对于教学中所用到的功能就更加简单，认真做几个模型，在趣味性与实战性的引导下，很快就乐在其中。
2.3 建模与合成
由于建筑物所有的面都是由线构成的，建模过程中，需在AutoCAD 底图上根据建筑物轮廓描出闭合线段，使其生成面，用“推拉工具”拉至所要高度，建出该建筑物的大致轮廓。为了达到精确的效果，确定建筑物长宽高的尺寸，以按照底图比例建模，所以严格参照华夏学院校园地形图DWG文件的平面数据，再次测量每栋建筑物、构筑物的高度，在此二维数字化成图基础上完成SketchUp的三维建模。
完成单栋的建筑模型并不难。但合成工作遇到了巨大的麻烦。由于每位同学建模精细度不一致，导致有些SKP文件过于粗糙，但有些SKP文件却太精细——面太多。面过多以后，计算机的显示资源消耗过大，卡顿、死机、蓝屏时有发生。最后只有将精细的模型重建，规定每一个模型的上限面数，不得突破。在一次一次的重复劳动下，在一台惠普图形工作站的帮助下，仅仅只能完成了这个三百万个面的巨大SketchUp模型，而无法实现扩展功能。
3.最终的成果
建模的初衷是美好的，但是现实是残酷的。SketchUp的模型上了百万之后，只有依靠图形工作站，面数超过二百万，就是图形工作站也很困难了。在2011年，SketchUp还只有32位的版本，最多支持4G的内存，而且不支持多CPU。2014年底推出的SketchUp2015才有专门的64位操作系统版，支持大内存、支持多CPU。在经过这几年的等待后，才最终完成了一定的成果。
3.1 已经利用的成果
使用其他软件，对已经完成的SketchUp模型进行扩展，得到了以下几个成果，并已经在校园中运用了。①使用Artlantis渲染的全院鸟瞰图；②使用Photoshop填色的全院总平面彩图（地图）；③使用Lumion制作的虚拟现实校区的EXE文件，启动这个文件之后，可以像打游戏一样，用鼠标与键盘操作，进入到数字化的校区中游历、参观。
3.2 存在的问题
①SketchUp模型面太多，很难编辑。这个问题等到SketchUp2015的64位版本推出后才慢慢解决。②整体模型无法上传到Google Earth（谷歌地球）上。在SketchUp推出64位版本的同时，软件也由Google公司转卖给Trimble公司，Google Earth也相应停止了SketchUp模型的上传，这个扩展功能因此无法实现。③没有应用到Web网站上。由Lumion制作的虚拟现实校区的文件非常大，超过1G，而且启动这个文件对显卡还有一定要求，依靠目前的网络技术无法实现Web浏览，只好暂时搁置等待新技术的诞生。
4.结语
回顾课题整个研究过程，遇到了各种各样的困难，但只要精诚合作，都是可以解决的，而且在解决问题的过程中会迸发新的思维，新的视界，培养严谨的科学研究思维。同时笔者深深感到，应用技术型人才培养途径的探索充满挑战，其长期性、反复性与紧迫性促使老师队伍积极进取、不断创新，在努力提高教学素养与执教能力的同时，积极探索使学生综合发展的教学方法，以最优模式进行工作。打破现有的中国圈养教育模式，把学生带出心灵禁锢，多向培养学生的能力，让他们在激情和享受中学习，拓展素质，积极开发自身潜在能力，真正做到学以致用。
（作者单位：武汉理工大学华夏学院土木与建筑工程系）
参考文献：
[1]卫涛，建筑草图大师SketchUp效果图设计流程详解[M]，北京：清华大学出版社，2006。
[2]卫涛，SketchUp建筑设计[M]，北京：中国电力出版社，2007。
[3]廖小烽，刘洪峰，SketchUp在建筑制图教学中的应用[J]，重庆科技学院学报（社会科学版），2008（6）。