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教育行业

教育行业三维扫描技术应用案例_上海沪敖3D

文字:[大][中][小] 2020/4/2     浏览次数:    

教育作为国之大计、名族的希望,一直以来都是与时俱进,不断地探索着先进的教学方式和教学模式。而三维扫描技术作为近些年来十分火热的高新技术,在众多行业发挥着重要的作用,在教育行业更是如此。

三维数字化特别适用于一些原理复杂,对空间要求比较高的教学中,常规的教学很难达到理想的效果,而三维数字化教学能解决所见即所得的问题,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物,带来更真实、更精细、更震撼的视觉感受,进而对所学的知识有更深刻地理解。同时,这种多样性和情境性,有助于启发学习者积极的学习心态,激发和维持学习者学习动机,促进智慧学习的发生。

鉴于三维扫描技术是一门新兴的技术,可以在众多学科之间,比如:工业设计、计算机技术、数字媒体技术、艺术设计、建筑城规、教育技术、等做横向课题研究,也可以在一个学科内部做深入的纵向研究,所以自虚拟现实技术引入我国以来一直是国内众多高校追捧的对象,也是目前学术及科研的前沿技术,在众多研究领域全面开花。

首先,让我们从三维数字化在教育行业重要性来进行简要的阐述:

一方面考虑到三维数字化教育紧密配合理论教学,让学生掌握最新的通过三维数据获取技术、逆向设计理论和方法,掌握当代设计的武器,使学生在当前技术进步对设计产生重大冲击和支持的浪潮中,驾轻就熟,与社会需求和企业需求紧密相连,从而胜任现代企业对设计人才的要求。拓宽知识面和知识结构,开发学生的创新思维能力、综合设计能力和解决工程实际问题的能力。

 

另一方面注重教师科研需要,让教师队伍在当代工业设计的最新武器的平台上,结合教师设计理论和水平,可以使教师队伍不断创新,包括设计理论的创新和设计方法的创新。同时,也让教师通过先进的工业设计工具,带领教师团队和学生团队走在当前工业设计的最前列,更好、更快地设计出具有高水准的设计作品。

下面进行较为详实的说明:

一、教学应用方向:

u 设计相关、设计数据程序、交通机具设计、工艺品设计

公共环境设施设计、设计表现渲染、产品语意学

家具设计、小型产品设计

产品设计、立体形态设计基础

虚拟设计、展示设计、仿真设计

应用人机工程学、小型产品设计

模型塑造、产品设计、设计预想图

设计概论、价值工程学

工程制图、材料及工艺学、产品设计

计算机辅助设计、产品形态设计

产品语意学、动画设计

设计素描、色彩基础、设计预想图

产品设计、模型塑造及快速成型

汽车外形设计、小产品设计、洁具设计、医疗器械设计

u 交通机具设计、产品展示、计算机辅助设计

u 医学教育

 

二、科研方向:可以为师生提供以下一些方面的科学研究工作

a)虚拟设计

虚拟设计帮助设计师在计算机上方便地修改设计,展示不同的设计方案,对整个系统进行不断改进,直至获得最优设计方案以后,这样做大大节约了设计研发的成本、加快了研发的速度。

b)虚拟仿真装配

将虚拟现实技术和三维交互技术应用于工业的装配领域中。在虚拟环境下,操作人员通过交互设备与虚拟场景进行互动,模拟产品的装配过程。可以有效地提高装配培训的效率、降低培训成本。可以利用三维扫描进行虚拟装配系统的开发,在实际培训过程中,起到了非常良好的教学示范,使学生能够更好的理解机械组装原理,及工业产品的组织构成。

c)虚拟实验

利用三维扫描,在虚拟仿真系统中,可以将设计出物品进行多方面的性能测试,获得实验数据,对产品性能进行评价。虚拟平台中强大的物理引擎可以逼真地设计出各种实验,模拟真实世界中的物理反馈现象。虚拟实验大大降低了产品测试,研发的成本,能够直观、快速地得到实验结果。

d)产品展示及发布

虚拟现实系统可实现艺术产品的立体展示,以其简单易懂和灵活性变革了沉浸式交互体验。系统能够将物体智能化地漂浮在你眼前,推动数字体验更接近现实。现在已广泛应用于营销活动、广告、产品发布和会议等众多领域。

e)评估审核

系统还可用于新产品的评估审核,可通过三维扫描仪系统进行虚拟和快速成型系统现实相结合的有效评估审核,可供团队多人同时参与。在产品研发阶段就可以通过对数字样机的展示,进行新产品报告及设计方案详细论证。

f)产品设计研究

虚拟设计帮助设计师在计算机上方便地修改设计,展示不同的设计方案,对整个系统进行不断改进,直至获得最优设计方案以后,再做出物理样机。这样做大大节约了设计研发的成本、加快了研发的速度。

g)交互展示

该系统不仅能够进行三维立体展示,还能够实现虚拟场景与用户之间的交互功能。通过操纵设备,体验在虚拟场景中的漫游,控制虚拟产品的放大、缩小、旋转等功能。可使用户深入到产品内部去仔细观察其构造,实现与虚拟场景的互动,这也是虚拟现实技术与三维动画的真正区别。

三、应用案例

下面我们来说几个应用案例,让大家有一个直观的了解。

1、某学校使用三维扫描技术进行汽车组装拆卸教学

 

项目目标:希望通过三维扫描的方式获取整车的主要要部件数据,以便进行数字化汽车组装拆卸教学。

教师讲解的案例是固定的,三维扫描、逆向建模为独立的课程模块使得学生在实践中不会学以致用。因此,有目的的引导同学将数据采集、零件设计、成型加工、精密检测等环节贯穿起来,将整个逆向设计流程结合起来,既可以深入学习课程内容、深刻领悟过程,也可以将课程内容有机结合,使得课程设置更有效、更合理,更加优质的提高教学效果。

在这个案例中,由于整车零部件数量繁多,对差异巨大(大到几米小到几毫米,零部件颜色亦是差别很大。这就要求扫描设备满足扫描速度快、精度高、灵活性高、对要部件表面材质适应范围广的要求。我们使用的高精度手持三维扫描设备完成本次扫描项目。该设备具有扫描速度快、数据质量高、能够在复杂震动环境下扫描的优势,同时此款扫描仪能够进入狭小的车体内部,无死角的进行扫描。

应用前景:汽车零部件众多,原理复杂,常规的教学很难达到理想的效果,而数字化教学能解决所见即所得的问题,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物,带来更真实、更精细、更震撼的视觉感受,进而对所学的知识有更深刻地理解。同时,这种多样性和情境性,有助于启发学习者积极的学习心态,激发和维持学习者学习动机,促进智慧学习的发生。

未来,3D数字化教学这种具有完整学习体验的新型学习模式,一定为成为未来课堂中十分有效的辅助教学手段,当然,除了此类汽车工业专业,其他的如建筑设计、传统工业设计、游戏、影视、广告教学中,三维数字教学亦有着广泛的应用前景。

 

2:上海某高校借助三维扫描研究“普通钢筋在不同酸碱度环境下的受腐蚀情况”

 

项目描述:一般环境下,解决钢筋锈蚀问题就是控制了混凝土保护层质量问题,也就解决了钢筋混凝士结构耐久性问题。可以说,解决了此问题,对工程质量的把控有将有着长足的改进。本次测量的钢筋即用于该项目的原始对比数据。

扫描难点:钢筋长900毫米,直径5毫米,这种有细节要求,又是细长型、容易产生形变的模型非常不好放置与扫描。根据实际情况,选用Creaform的手持三维扫描仪进行解决。此设备灵活度高、细节好、数据准确,扫描速度快,能得到微米级的精准数值,为科研的进一步分析做好数据采集工作。

应用前景:三维扫描克服了传统测量技术的局限性,采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据,快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据,不仅更精准,还省去了很多测量的时间。作为一种新的空间数据采集手段,其必将具有广阔的应用前景。本项目使用的手持三维扫描仪采用了自定位技术,坐标系定位在物体上,因此,被测物体与扫描仪均可自由移动,对于这类形状特殊易形变的模型扫描,有着较高的优势。

3 三维扫描在人体解剖教学中的应用

人体解剖学教和学的难度都很大,由于学生们无法随时到解剖实验室观察人体标本,在解剖学教学中很强调利用教科书及图谱中的插图来帮助学生们学习,但这些插图都是二维图像,学生需要很好的空间想象力来完成各个结构的记忆。同时教师在教学中也发现利用二维图像教学往往很难将某些解剖学结构阐述清楚。

我们通过三维扫描获取三维数据,从而重建骨的三维重建图像,这样的图像可以使解剖学的教与学更直观有利于学生对解剖学知识的理解和记忆。同时,此重建的三维模型经过适当的格式转变后可用 于科研及教学模具的生产

 

此三维模型可以在普通的个人计算机上使用,可以大大地方便老师的教学和学生的学习。先老师可以很方便地进行解剖理论课的教学,各解剖结构的位置一目了然,不用再辛苦而且枯燥地描述各解剖结构的空间位置,学生理解及记忆能力也将明显提高,而且还可以大大地拓展教学内容,优化教学过程,提高学生的学习兴趣。其次学生可以在电脑中可以观察骨的三维形态,可以帮助学生们直观地理解并记忆各解剖结构,对各结构的毗邻关系也能清楚地观察到,而不再需要辛苦地冥想各结构的立体位置。另外学生们也可以随时进行解剖学的学习,而不用专门到解剖学实验室,这样他们可以自己安排学习时间及学习进度,满足个性化学习的需求。因而这些三维重建图像可以明显提高了教与学两方面在单位时间内的工作效率。

 

将新的三维数字化技术与传统的教学手段有机地结合起来,充分发挥各自优势,对教学质量和教学水平的进一步提高具有不可言喻的影响。我们在实验教学过程中应结合实 际需要交替使用,合理安排,以能有效提高教学效果和教学质量为目的。

 

上海沪敖信息科技有限公司是一家致力于三维数字化行业解决方案的技术型企业。公司以行业应用为出发点,为客户提供三维数字化采集、三维数据处理等一系列服务。沪敖拥有手持三维扫描仪、小空间三维扫描仪、地面三维激光扫描仪、无人机实景三维系统、3D打印机等多种技术手段,是行业内知名设备的签约合作伙伴。从几厘米到几十米的对象、或从几米到上千米的三维空间,沪敖均可提供涵盖软硬件产品和技术服务的完整解决方案。 

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