三維數(shù)字化特別適用于一些原理復雜，對空間要求比較高的教學中，常規(guī)的教學很難達到理想的效果，而三維數(shù)字化教學能解決所見即所得的問題，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物，帶來更真實、更精細、更震撼的視覺感受,進而對所學的知識有更深刻地理解。同時，這種多樣性和情境性，有助于啟發(fā)學習者積極的學習心態(tài)，激發(fā)和維持學習者學習動機，促進智慧學習的發(fā)生。

鑒于三維掃描技術(shù)是一門新興的技術(shù)，可以在眾多學科之間，比如：工業(yè)設(shè)計、計算機技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計、建筑城規(guī)、教育技術(shù)、等做橫向課題研究，也可以在一個學科內(nèi)部做深入的縱向研究，所以自虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入我國以來一直是國內(nèi)眾多高校追捧的對象，也是目前學術(shù)及科研的前沿技術(shù)，在眾多研究領(lǐng)域全面開花。

首先，讓我們從三維數(shù)字化在教育行業(yè)重要性來進行簡要的闡述：

一方面考慮到三維數(shù)字化教育緊密配合理論教學，讓學生掌握ZX的通過三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、逆向設(shè)計理論和方法，掌握當代設(shè)計的武器，使學生在當前技術(shù)進步對設(shè)計產(chǎn)生重大沖擊和支持的浪潮中，駕輕就熟，與社會需求和企業(yè)需求緊密相連，從而勝任現(xiàn)代企業(yè)對設(shè)計人才的要求。拓寬知識面和知識結(jié)構(gòu)，開發(fā)學生的創(chuàng)新思維能力、綜合設(shè)計能力和解決工程實際問題的能力。

另一方面注重教師科研需要，讓教師隊伍在當代工業(yè)設(shè)計的ZX武器的平臺上，結(jié)合教師設(shè)計理論和水平，可以使教師隊伍不斷創(chuàng)新，包括設(shè)計理論的創(chuàng)新和設(shè)計方法的創(chuàng)新。同時，也讓教師通過先進的工業(yè)設(shè)計工具，帶領(lǐng)教師團隊和學生團隊走在當前工業(yè)設(shè)計的Z前列，更好、更快地設(shè)計出具有高水準的設(shè)計作品。

下面進行較為詳實的說明：

一、教學應用方向：

• 設(shè)計相關(guān)、設(shè)計數(shù)據(jù)程序、交通機具設(shè)計、工藝品設(shè)計

• 公共環(huán)境設(shè)施設(shè)計、設(shè)計表現(xiàn)渲染、產(chǎn)品語意學

• 家具設(shè)計、小型產(chǎn)品設(shè)計

• 產(chǎn)品設(shè)計、立體形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)

• 虛擬設(shè)計、展示設(shè)計、仿真設(shè)計

• 應用人機工程學、小型產(chǎn)品設(shè)計

• 模型塑造、產(chǎn)品設(shè)計、設(shè)計預想圖

• 設(shè)計概論、價值工程學

• 工程制圖、材料及工藝學、產(chǎn)品設(shè)計

• 計算機輔助設(shè)計、產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計

• 產(chǎn)品語意學、動畫設(shè)計

• 設(shè)計素描、色彩基礎(chǔ)、設(shè)計預想圖

• 產(chǎn)品設(shè)計、模型塑造及快速成型

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

• 交通機具設(shè)計、產(chǎn)品展示、計算機輔助設(shè)計

• 醫(yī)學教育

二、科研方向：可以為師生提供以下一些方面的科學研究工作

a)虛擬設(shè)計

虛擬設(shè)計幫助設(shè)計師在計算機上方便地修改設(shè)計，展示不同的設(shè)計方案，對整個系統(tǒng)進行不斷改進，直至獲得ZY設(shè)計方案以后，這樣做大大節(jié)約了設(shè)計研發(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)實技術(shù)和三維交互技術(shù)應用于工業(yè)的裝配領(lǐng)域中。在虛擬環(huán)境下，操作人員通過交互設(shè)備與虛擬場景進行互動，模擬產(chǎn)品的裝配過程?？梢杂行У靥岣哐b配培訓的效率、降低培訓成本?？梢岳萌S掃描進行虛擬裝配系統(tǒng)的開發(fā)，在實際培訓過程中，起到了非常良好的教學示范，使學生能夠更好的理解機械組裝原理，及工業(yè)產(chǎn)品的組織構(gòu)成。

c)虛擬實驗

利用三維掃描，在虛擬仿真系統(tǒng)中，可以將設(shè)計出物品進行多方面的性能測試，獲得實驗數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品性能進行評價。虛擬平臺中強大的物理引擎可以逼真地設(shè)計出各種實驗，模擬真實世界中的物理反饋現(xiàn)象。虛擬實驗大大降低了產(chǎn)品測試，研發(fā)的成本，能夠直觀、快速地得到實驗結(jié)果。

d)產(chǎn)品展示及發(fā)布

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

e)評估審核

系統(tǒng)還可用于新產(chǎn)品的評估審核，可通過三維掃描儀系統(tǒng)進行虛擬和快速成型系統(tǒng)現(xiàn)實相結(jié)合的有效評估審核，可供團隊多人同時參與。在產(chǎn)品研發(fā)階段就可以通過對數(shù)字樣機的展示，進行新產(chǎn)品報告及設(shè)計方案詳細論證。

f)產(chǎn)品設(shè)計研究

虛擬設(shè)計幫助設(shè)計師在計算機上方便地修改設(shè)計，展示不同的設(shè)計方案，對整個系統(tǒng)進行不斷改進，直至獲得ZY設(shè)計方案以后，再做出物理樣機。這樣做大大節(jié)約了設(shè)計研發(fā)的成本、加快了研發(fā)的速度。

g)交互展示

該系統(tǒng)不僅能夠進行三維立體展示，還能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬場景與用戶之間的交互功能。通過操縱設(shè)備，體驗在虛擬場景中的漫游，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)部去仔細觀察其構(gòu)造，實現(xiàn)與虛擬場景的互動，這也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與三維動畫的真正區(qū)別。

三、應用案例

下面我們來說幾個應用案例，讓大家有一個直觀的了解。

1、某學校使用三維掃描技術(shù)進行汽車組裝拆卸教學

項目目標：希望通過三維掃描的方式獲取整車的主要要部件數(shù)據(jù)，以便進行數(shù)字化汽車組裝拆卸教學。

教師講解的案例是固定的，三維掃描、逆向建模為獨立的課程模塊使得學生在實踐中不會學以致用。因此，有目的的引導同學將數(shù)據(jù)采集、零件設(shè)計、成型加工、精密檢測等環(huán)節(jié)貫穿起來，將整個逆向設(shè)計流程結(jié)合起來，既可以深入學習課程內(nèi)容、深刻領(lǐng)悟過程，也可以將課程內(nèi)容有機結(jié)合，使得課程設(shè)置更有效、更合理，更加優(yōu)質(zhì)的提高教學效果。

在這個案例中，由于整車零部件數(shù)量繁多,對差異巨大(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、對要部件表面材質(zhì)適應范圍廣的要求。我們使用的高精度手持三維掃描設(shè)備完成本次掃描項目。該設(shè)備具有掃描速度快、數(shù)據(jù)質(zhì)量高、能夠在復雜震動環(huán)境下掃描的優(yōu)勢，同時此款掃描儀能夠進入狹小的車體內(nèi)部，無死角的進行掃描。

應用前景：汽車零部件眾多，原理復雜，常規(guī)的教學很難達到理想的效果，而數(shù)字化教學能解決所見即所得的問題，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物，帶來更真實、更精細、更震撼的視覺感受,進而對所學的知識有更深刻地理解。同時，這種多樣性和情境性，有助于啟發(fā)學習者積極的學習心態(tài)，激發(fā)和維持學習者學習動機，促進智慧學習的發(fā)生。

未來，3D數(shù)字化教學這種具有完整學習體驗的新型學習模式，一定為成為未來課堂中十分有效的輔助教學手段，當然，除了此類汽車工業(yè)專業(yè),其他的如建筑設(shè)計、傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計、游戲、影視、廣告教學中，三維數(shù)字教學亦有著廣泛的應用前景。

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”

項目描述：一般環(huán)境下，解決鋼筋銹蝕問題就是控制了混凝土保護層質(zhì)量問題，也就解決了鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)耐久性問題?？梢哉f，解決了此問題，對工程質(zhì)量的把控有將有著長足的改進。本次測量的鋼筋即用于該項目的原始對比數(shù)據(jù)。

掃描難點：鋼筋長900毫米，直徑5毫米,這種有細節(jié)要求，又是細長型、容易產(chǎn)生形變的模型非常不好放置與掃描。根據(jù)實際情況，選用Creaform的手持三維掃描儀進行解決。此設(shè)備靈活度高、細節(jié)好、數(shù)據(jù)準確，掃描速度快，能得到微米級的JZ數(shù)值，為科研的進一步分析做好數(shù)據(jù)采集工作。

應用前景：三維掃描克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的局限性,采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，快速將現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)，不僅更JZ，還省去了很多測量的時間。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用前景。本項目使用的手持三維掃描儀采用了自定位技術(shù)，坐標系定位在物體上,因此，被測物體與掃描儀均可自由移動，對于這類形狀特殊易形變的模型掃描，有著較高的優(yōu)勢。

3 三維掃描在人體解剖教學中的應用

人體解剖學教和學的難度都很大，由于學生們無法隨時到解剖實驗室觀察人體標本，在解剖學教學中很強調(diào)利用教科書及圖譜中的插圖來幫助學生們學習，但這些插圖都是二維圖像，學生需要很好的空間想象力來完成各個結(jié)構(gòu)的記憶。同時教師在教學中也發(fā)現(xiàn)利用二維圖像教學往往很難將某些解剖學結(jié)構(gòu)闡述清楚。

我們通過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的教與學更直觀有利于學生對解剖學知識的理解和記憶。同時，此重建的三維模型經(jīng)過適當?shù)母袷睫D(zhuǎn)變后可用 于科研及教學模具的生產(chǎn)。

此三維模型可以在普通的個人計算機上使用，可以大大地方便老師的教學和學生的學習。先老師可以很方便地進行解剖理論課的教學，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內(nèi)容，優(yōu)化教學過程，提高學生的學習興趣。其次學生可以在電腦中可以觀察骨的三維形態(tài)，可以幫助學生們直觀地理解并記憶各解剖結(jié)構(gòu)，對各結(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。另外學生們也可以隨時進行解剖學的學習，而不用專門到解剖學實驗室，這樣他們可以自己安排學習時間及學習進度，滿足個性化學習的需求。因而這些三維重建圖像可以明顯提高了教與學兩方面在單位時間內(nèi)的工作效率。

將新的三維數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)的教學手段有機地結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，對教學質(zhì)量和教學水平的進一步提高具有不可言喻的影響。我們在實驗教學過程中應結(jié)合實 際需要交替使用，合理安排，以能有效提高教學效果和教學質(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)應用為出發(fā)點，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、無人機實景三維系統(tǒng)、3D打印機等多種技術(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。