面向机械类本科生以实践为先导的工程图学教学方式探讨

从实践的角度出发,结合“卓越工程师培养计划”、金工的实训课程、以及绘制“减 速箱”的要求,论述了在工程图学实践教学过程中以任务为驱动,以学生为主体的教学方法, 该方法将图学知识与图学实践相结合,并将该实践融入大学整个教学之中,有助于培养学生的 工程意识和创新能力。     

“2+2”模式下的工程图学双语教学思考

实施双语教学是“2+2”中外联合培养模式的要求,在这些学生中开展双语教学是 必需的。该文就工程图学课程的特点,分析了双语教学的基本现状、教学目标和教学难点等问 题。力求通过对课程在结构设置上进行调整与改革,达到联合培养模式的要求。     

构建基于“卓越工程师教育培养计划”和CDIO 的工程图学教学体系

CDIO是当前国际上的新型人才培养模式,“卓越工程师教育培养计划”是教育部提出的实现工程教育强国的重大战略措施,两者都以培养国际化工程师为目标。介绍了当前图学教育中存在的不足,结合燕山大学机械工程学院实施 CDIO教学改革和卓越工程师教育培养计划实践,探讨如何构建基于“卓越工程师教育培养计划”和CDIO的工程图学教学体系,保证课程的工程性和实践性。实验证明,该教学模式对于启发与培养大学生工程能力和创造性有效,为后续专业课程的学习、毕业设计与科研工作奠定良好基础。     

应用数字信息技术和双语的工程图学创新教育

面向“卓越计划”,针对工程图学课程体系创新教育的改革需求,依据多媒体教学和双语教学实践,研究应用数字信息技术和双语工程图学创新教育模式。提出合理应用数字信息技术和分级适度应用双语进行教学及助学,其工程图学创新教育模式不仅有利于达到工程图学课程体系的教学目标,而且为培养卓越人才营造了学习环境。     

对工程图学学科和图学学科的若干认识

从“形”和“图”两方面对图形进行了深入的讨论。总结了“形”与“图”的三种类型,并由此指出了工程图学学科和图学学科在研究对象上的差别。在文献调查和分析的基础上,对两个学科的定义给出了新表述。探讨了学科体系的组成,给出了图学学科的7个分支及每个分支中的科目,也给出了工程图学学科的5个分支及每个分支中的科目。     

融合云课堂的“机械CAD 基础”课程教学改革研究

“机械CAD 基础”是很多工科专业需要学习的课程,其实践性强,多在计算机教室 进行授课。随着“互联网+”技术在高校课程教学中的应用,线上教学的优势逐渐显现,“机械CAD 基础”课程的特点适合线上与线下相结合的教学模式。为此,在校“石大云课堂”线上教学平台建 设了“机械CAD 基础”课程网站,并进行了教学实践,充分发挥了云课堂的课程资源建设、教学 活动设计、互动性学习、学习数据统计、大数据反馈等功能,构建了新型的云课堂及线下教学 相融合的教学模式,对目前“互联网+”在高校教学中的运用提供了有益的探索和实践。     

组合体尺寸标注的渐进式分形建导教学方法

针对工程图学课程教学的重点和难点——组合体尺寸标注,基于尺寸标注的连贯 性和组合体的形体分解,提出采用渐进式分形建导教学方法。通过渐进式教学方法,根据几何 形体的相似性,在每一环节都采用分形建导思想,将复杂形体逐渐分解为简单形体,最终确定 组合体的尺寸标注方案。尺寸标注分形建导方法的迭代规则为“拆、形、位、合”,对应于拆分 形体、确定定形尺寸个数、确定定位尺寸个数、进行尺寸去重复化。明确尺寸去重复化的3 点 原则,并结合不同形体对尺寸标注的分形建导方法进行了应用。将渐进式分形建导教学方法应 用于组合体的尺寸标注,可以充分利用形体的相似性,引导学生循序渐进地完成组合体的尺寸 标注, 以达到组合体尺寸正确、完整的标注效果。     

基于工作过程的“机械图样识读与绘制”学习领域课程开发与设计

基于工作过程教学模式成为目前适应高职教育的有效模式。以机械设计 与制造专业基础课程“机械制图”与“计算机辅助设计与绘图”的整合为例,探讨对该课程学 科体系下的知识解构和基于工作过程导向重组,开发与设计、基于工作过程的“机械图样 识读与绘制”学习领域课程,使课程学习内容与工作内容良好对接,实现上岗工作“零适应 期”。     

三维造型设计与工程图学的有效融合

随着计算机软硬件技术的普及和飞速发展以及制造业对二维计算机绘图以及三维设计造型技术日益增长的需求,在工程图学教学中有效地融入二维计算机绘图以及三维设计造型技术已显得尤为重要。论文介绍了北京理工大学在工程图学和三维造型创新设计方面“外挂式、分段式和融合式”三种模式的教学改革实践,并着重对如何将三维造型设计与工程图学有效地融合进行了论述。     

“作业驱动”下 CAD 融入土木工程制图教学的 研究与实践

 以“作业驱动”作为“纽带”,将《土木工程 CAD》课程教学内容有机融合至《土木 工程制图》课程教学中,优化其教学体系,改进其教学方法。教学实践表明, “作业驱动”下 CAD 融入土木工程制图的教学,不仅可以保障《土木工程制图》教学质量不受影响,且两门课的总 课时可以适当减少;同时,CAD 教学的针对性得到加强,目标更为明确,尤其是受教学生的 CAD 实际应用能力得到了大力提升。     

基于可伸缩矢量图形的手绘几何图形结构分析方法

复杂图形通常是由多个图元按一定几何关系构成,以基本图形的识别为基础,复杂图形识别重点在于图形元素之间的空间关系模式的判定。几何图形的图元构成复杂,难以直接利用启发式规则进行识别;而现有的结构分析方法太复杂,采用传统方法难以进行有效识别。针对手绘几何图形识别中结构分析这一核心技术问题,设计了一种几何图形结构描述模型,该模型通过对图元及其约束关系的形式化描述来表示图形,使用可伸缩矢量图形(SVG)标签存储图元及其约束,通过解析SVG标签来识别几何图形的形状及其内部关系,为图形结构分析提供了统一格式的表示方法。所提方法已经过自主开发的GeoSketch系统的验证,并取得良好效果。实验结果表明:该方法简洁、低维,方便进行图形形状及内部关系的判定。     

基于构型设计的工程制图课程中设计环节的探索

构型设计的教育是为了培养学生的创新能力和工程意识。论文探讨了基于 构型设计工程制图课程的内容体系,分析了课程中常用的构型设计训练方式,并在此基础上 就工程制图课程小设计环节的布置、实施和检查进行了探索,指出了在工程制图课程中可以 引入小设计环节。小设计的实践对工程制图课程的教学改革有一定的指导意义。     

图学与几何

本文讨论图学与几何的关系。从形是图之源、图形/图像的本质是几何这个基本认 识出发,指出图的产生、表示、处理与传播过程都是在处理几何的定义、变换与其间关系,因 此图与图学的基础是几何,图学计算的基础是几何计算。基于图学与计算的内涵分析,剖析了 图形计算的本质、矛盾和关键技术。讨论了代数与几何在图学计算中各自的作用与利弊,强调 人在算法设计中的主导地位。指出生成一幅图或构建一个模型的主要工作不是决定构成该图或 模型的元素本身,而在于找出元素之间的相互关系。针对图形图像已经成为计算的主要对象与 结果表述,介绍了一种基于几何的形计算机制,弥补常规数计算的不足,追求“形思考、数计算” 的几何计算新模式。     

重构CDIO 特色的工程图学课程体系

论文阐述了工程图学教学现状和不足,结合多年的CDIO 工程图学的教学 改革经验,概括介绍了如何重构CDIO 特色的工程图学课程体系和工程图学教学改革措施。 实验证明,该教学模式对于培养大学生动手能力和创造性十分有效,为后续课程的学习、毕 业设计与科研工作奠定良好基础。     

Multi-scale anisotropic heat diffusion based on normal-driven shape representation

Multi-scale geometric processing has been a popular and powerful tool in graphics, which typically employs isotropic diffusion across scales. This paper proposes a novel method of multi-scale anisotropic heat diffusion on manifold, based on the new normal-driven shape representation and Edge-weighted Heat Kernels (EHK). The new shape representation, named as Normal-Controlled Coordinates (NCC), can encode local geometric details of a vertex along its normal direction and rapidly reconstruct surface geometry. Moreover, the inner product of NCC and its corresponding vertex normal, called Normal Signature (NS), defines a scalar/heat field over curved surface. The anisotropic heat diffusion is conducted using the weighted heat kernel convolution governed by local geometry. The convolution is computed iteratively based on the semigroup property of heat kernels toward accelerated performance. This diffusion is an efficient multi-scale procedure that rigorously conserves the total heat. We apply our new method to multi-scale feature detection, scalar field smoothing and mesh denoising, and hierarchical shape decomposition. We conduct various experiments to demonstrate the effectiveness of our method. Our method can be generalized to handle any scalar field defined over manifold.     

Discrete Line Congruences for Shading and Lighting

Two‐parameter families of straight lines (line congruences) are implicitly present in graphics and geometry processing in several important ways including lighting and shape analysis. In this paper we make them accessible to optimization and geometric computing, by introducing a general discrete version of congruences based on piecewise‐linear correspondences between triangle meshes. Our applications of congruences are based on the extraction of a so‐called torsion‐free support structure, which is a procedure analogous to remeshing a surface along its principal curvature lines. A particular application of such structures are freeform shading and lighting systems for architecture. We combine interactive design of such systems with global optimization in order to satisfy geometric constraints. In this way we explore a new area where architecture can greatly benefit from graphics.     

基于学科融合与模块细分的设计类图学课程改革实践

介绍了设计类图学课程的现状与面临的挑战,论述了课程改革的必要性,并从课程内容、教学方法及手段、考核方式等方面论述了本课程的教学改革方案。通过分析图学课程与设计类学科间的异同,提出了通过基础部分和提高部分的划分来实现学科融合与模块细分的授课方式,并通过进一步的教学研究与实践,总结了融合的方式与不同的教学模块。     

图学计算基础

首先探索图学计算的内涵,剖析图形计算的矛盾,找出图形计算的关键, 构造图学的公共基础,指出图的本质不是决定于构成图的图元本身,而决定于图元之间的相 互关系。其次,分析了图形计算的最新研究进展,总结出几何化方法的优势及其基础理论研 究的迫切性。进而提出一个基于“几何问题几何化”的几何计算理论体系与实施框架。阐述 了以几何为思路,在构筑稳定的图学计算平台方面的最新原创理论与机制,包括从形的角度 去统一、研究、发展图学计算基础的理论、形计算的机制等。     

Symmetry in 3D Geometry: Extraction and Applications

The concept of symmetry has received significant attention in computer graphics and computer vision research in recent years. Numerous methods have been proposed to find, extract, encode and exploit geometric symmetries and high‐level structural information for a wide variety of geometry processing tasks. This report surveys and classifies recent developments in symmetry detection. We focus on elucidating the key similarities and differences between existing methods to gain a better understanding of a fundamental problem in digital geometry processing and shape understanding in general. We discuss a variety of applications in computer graphics and geometry processing that benefit from symmetry information for more effective processing. An analysis of the strengths and limitations of existing algorithms highlights the plenitude of opportunities for future research both in terms of theory and applications.     

基于曲率流的四边形主导网格的光顺方法

网格模型是计算机图形学和数字几何处理中运用最为广泛的三维几何表达方式.四边网格(以四边形为主的网格)由于其符合人们对几何形状变化的自然感知,在表示三维几何上有其独有的优势,并且可以更为直接地应用在几何造型、细分曲面、建筑设计等方面.文中针对四边形主导网格含有噪声的情况,设计了一种基于表面微分属性的光顺方法,该方法具有易实现、计算效率高的特点.基于曲率流的几何扩散可以有效地保持原网格的几何特征,同时还针对四边形主导网格的T-顶点进行了特殊处理.