选择性必修5-三维设计与创意.pdf

普 通 高 中 教 科 书选择性必修信息技术普通高中教科书信息技术5三维设计与创意Sanwei Sheji yu Chuangyi选择性必修 5三维设计与创意广东教育出版社广东教育出版社批准文号：粤发改价格2017434号 举报电话:12315定价：10.86元ook2020信息技术选择性必修1-6封面.indd 52020/12/3 下午3:55信息技术广东教育出版社普 通 高 中 教 科 书徐福荫 主编广州三维设计与创意Sanwei Sheji yu Chuangyi5选择性必修 ook2020信息技术-8扉页.indd 72020/5/28 下午2:5222图书在版编目(CIP)数据信息技术选择性必修5：三维设计与创意/徐福荫主编广州：广东教育出版社，2019.12（2021.1重印）普通高中教科书ISBN 978-7-5548-3032-1.信.徐.计算机课高中教材.G634.671中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第202797号 编写单位 广东教育出版社 主 编 徐福荫 副 主 编 朱光明 黄国洪 本册主编 黄美仪 穆 肃 核心编写人员（以姓氏笔画为序）丘志强 朱静萍 刘世能 陈冬梅 郭 鑫 龚 睿责任编辑 严洪超责任技编 杨启承 陈 瑾装帧设计 何 维信息技术 选择性必修5 三维设计与创意XINXI JISHU XUANZEXING BIXIU 5 SANWEI SHEJI YU CHUANGYI广 东 教 育 出 版 社 出 版（广州市环市东路472号12-15楼）邮政编码：510075网址：http:/广东新华发行集团股份有限公司发行广东新华印刷有限公司南海分公司印刷（佛山市南海区盐步河东中心路）890毫米1240毫米16开本9.25印张185 000字2019年12月第1版2021年1月第3次印刷ISBN 978-7-5548-3032-1定价：10.86元批准文号：粤发改价格2017434 号 举报电话：12315著作权所有请勿擅用本书制作各类出版物违者必究如有印装质量或内容质量问题，请与我社联系。质量监督电话：020-87613102 邮箱：gjs-购书咨询电话：020-8777243823W2558-前言.indd 22021/3/11 11:14:491 1前 言信息技术作为当今先进生产力的代表，已经成为我国经济发展的重要支柱和网络强国的战略支撑。信息技术涵盖了获取、表示、传输、存储和加工信息在内的各种技术。自电子计算机问世以来，信息技术沿着以计算机为核心、到以互联网为核心、再到以数据为核心的发展脉络，深刻影响着社会的经济结构和生产方式，加快了全球范围内的知识更新和技术创新，推动了社会信息化、智能化的建设与发展，催生出现实空间与虚拟空间并存的信息社会，并逐步构建出智慧社会。三维设计作为一种立体化、形象化的新兴设计方法，已经成为新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的重要基础。三维设计方法的学习与应用，既有利于培养同学们的空间想象能力，也有利于发展同学们的科学、技术、工程、人文艺术、数学等学科的综合性思维能力。本教科书是针对三维图形创作与编辑和三维动画创意方法而设置的选择性必修模块。通过本教科书的学习，同学们能够理解基于数字技术进行三维图形和动画设计的基本思想与方法，能够结合学习与生活的实例设计三维作品并发布，体验利用数字技术进行三维创意设计的基本过程与方法。本教科书按“三维设计对社会的影响”“三维作品设计与创意”“三维作品发布”三部分内容展开，围绕信息技术学科核心素养设计了“三维设计在教育领域现状与发展的调查”“切割机器人三维作品的设计与创意策划”“切割机器人的三维模型设计与制作”“切割机器人三维模型的材质纹理制作与渲染输出”“切割机器人三维动画设计与制作”“切割机器人三维作品的发布与评价”项目范例，教师围绕“情境主题规划探究实施成果评价”的项目范例主线开展教学活动，帮助同学们掌握本教科书的基础知识、方法和技能，增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力，树立正确的信息社会价值观和责任感，从而促进同学们的信息素养提升。本教科书要求同学们对现实世界中的真实性问题进行自主、协作、探究学习。同学们围绕“项目选题项目规划方案交流探究活动项目实施成23W2558-前言.indd 12021/3/11 11:14:4922果交流活动评价”的项目学习主线开展学习活动，体验“做中学、学中创、创中乐”的项目学习理念和“从实践入手、先学后教、先练后讲”的项目学习策略，将知识建构、技能培养和思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，从而促进信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的信息技术学科核心素养达成。本教科书中设置了“项目范例”“项目选题”“项目规划”“方案交流”“探究活动”“项目实施”“成果交流”“活动评价”等学习栏目，指导同学们开展项目学习活动。其中，“项目范例”是教师通过“情境”“主题”“规划”“探究”“实施”“成果”“评价”等活动，引导同学们了解开展项目学习活动的全过程；“项目选题”是同学们从真实世界选择自己感兴趣的项目主题；“项目规划”是同学们根据项目选题，制订自己的项目方案；“方案交流”是同学们展示交流自己设计的项目方案，师生共同探究、完善其方案；“探究活动”是同学们通过“问题”“观察”“分析”“阅读”“思考”“交流”“实践”“实验”“体验”“调查”“讨论”“拓展”等活动，获取知识和技能的过程；“项目实施”是同学们运用在项目学习过程中所获得的知识和技能来完成项目方案；“成果交流”是教师组织同学们展示交流项目成果，共享创造、分享快乐；“活动评价”是教师组织同学们开展项目评价活动。本教科书各章首页的导言，叙述了本章的学习目的与方式、学习目标与内容，让同学们对整章内容有个总体认识；每章设置了“本章扼要回顾”，通过知识结构图把每章的主要内容及它们之间的关系描述出来，这有助于同学们建立自己的知识结构体系；每章结尾的“本章学业评价”设计了基于学业要求的测试题，并通过本章的项目活动评价，让同学们综合评价自己在信息技术知识与技能、解决实际问题的过程与方法，以及相关情感态度与价值观的形成等方面，是否达到了本章的学习目标。此外，本教科书中为同学们提供了配套学习资源包，里面含有三维设计软件安装程序、各类三维创意作品案例、切割机器人三维作品及源文件等，为同学们提供三维作品创意策划、建模、材质纹理设计、动画设计及作品发布所需的素材与环境。当然，同学们还可以自己收集素材，让自己的项目学习作品更有特色。前言23W2558-前言.indd 22021/3/11 11:14:491 1第一章 认识三维设计及其技术1项目范例 三维设计在教育领域现状与发展的调查21.1 了解三维设计6111 二维与三维6112 三维设计 71.2 三维设计常用软件及工具.7121 视觉设计类软件8122 工业设计类软件9123 3D交互设计工具9124 3D打印工具101.3 三维创意作品赏析.11131 创意机器人作品赏析11132 创意杯子作品赏析131.4 三维设计的应用与影响.14141 三维设计在各个领域的应用15142 三维设计给人们带来的影响171.5 三维设计的发展趋势.19151 虚拟现实技术19152 增强现实技术20153 裸眼3D技术22目 录目 录CONTENTS23W2558-目录.indd 12021/3/11 11:14:2422目录第二章 三维作品的设计与创意策划25项目范例 切割机器人三维作品的设计与创意策划262.1 三维作品的设计和实施过程.29211 三维作品的设计过程29212 三维作品的项目实施计划 30213 三维作品的评价方法312.2 三维作品的创意与策划.32221 三维作品功能的创意32222 三维作品造型的创意 33223 三维作品策划案撰写35224 三维作品项目实施计划细化362.3 三维作品稿本编写和动画脚本设计.39231 文字稿本的编写39232 分镜头脚本设计40第三章 三维模型设计与制作45项目范例 切割机器人的三维模型设计与制作 463.1 三维模型设计活动.50311 三维模型制作的实施50312 基本三维物体的创建52313 三维物体的基本操作53314 三维模型的浏览553.2 三维模型的工作原理与工具.56321 三维模型构成的原理57322 点、边、面的操作58323 三维建模工具593.3 三维模型的设计方法.61331 基本几何体建模法6123W2558-目录.indd 22021/3/11 11:14:253 3332 二维图形建模法64333 复合对象建模法643.4 三维模型的制作.65341 主体模型的制作66342 附件模型的制作67343 场景模型的制作69第四章 三维模型的材质纹理制作与渲染输出74项目范例 切割机器人三维模型的材质纹理制作与渲染输出754.1 三维模型的材质与纹理应用.78411 添加材质 78412 设置纹理 80413 预览效果 824.2 三维模型的UV展开与纹理制作.83421 缝合边与UV展开83422 UV栅格与纹理绘制88423 在三维作品中应用UV 884.3 三维模型的渲染输出.89431 渲染方式 90432 灯光与摄像机设置90433 三维模型渲染输出92第五章 三维动画设计与制作97项目范例 切割机器人三维动画设计与制作985.1 三维动画基本知识.101511 三维动画原理102512 关键帧动画103513 路径动画 103目录23W2558-目录.indd 32021/3/11 11:14:2644目录514 部件的层级关系1045.2 基本动画制作.105521 位移动画制作105522 旋转动画制作109523 缩放动画制作1105.3 骨骼动画设计与制作.112531 创建骨骼 113532 骨骼绑定 115533 蒙皮 116534 骨骼与路径动画综合运用 117第六章 三维作品的发布与评价122项目范例 切割机器人三维作品的发布与评价 1236.1 三维作品的发布.126611 网络发布及展示.126612 二维打印发布.127613 三维打印发布.1286.2 三维作品的评价.132621 三维图形作品评价.132622 三维动画作品评价.133623 三维打印作品评价.134附录1 部分术语、缩略语中英文对照表.138附录2 项目活动评价表.13923W2558-目录.indd 42021/3/11 11:14:261 1三维设计广泛应用于工业设计、影视、游戏、建筑、医学等领域，并呈现出蓬勃发展的态势，成为再现现实世界事物、呈现创意及解决设计疑难问题等方面的有力工具，其普及化成为必然的趋势。作为21世纪的未来人才，同学们通过学习与应用三维设计方法，既可以学会设计和制作创意机器人等三维作品，又可以培养自己的空间想象能力，发展科学、技术、工程、人文艺术、数学等学科的综合性思维能力。本章将通过“三维设计现状与发展的调查”项目和案例分析，进行自主、协作、探究学习，让同学们描述三维设计及相关技术的现状和发展趋势，能具体说明三维设计及相关技术给人们生活、工作、学习带来的影响；认识三维设计及相关技术在数字化环境中的普遍性；了解三维设计及相关技术在不同领域的实际应用；初步鉴赏他人作品，体会作品所表达的创作思想，理解其中蕴含的创意，从而将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，促进信息技术学科核心素养达成，完成项目学习目标。了解三维设计 三维设计常用软件及工具 三维创意作品赏析 三维设计的应用与影响 三维设计的发展趋势第一章认识三维设计及其技术23W2558正文1.indd 12021/3/11 11:15:4222第一章 认识三维设计及其技术三维设计在教育领域现状与发展的调查项目范例情 境国务院正式印发了“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（以下简称规划），数字创意产业首次被纳入国家战略性新兴产业发展规划，并成为与新一代信息技术、生物、高端制造、绿色低碳产业并列的五大新支柱。规划提出要加大空间和情感感知等基础性技术研发力度，加快虚拟现实、增强现实、全息成像、裸眼三维图形显示（裸眼3D）、交互娱乐引擎开发、文化资源数字化处理、互动影视等核心技术创新发展数字创意产业迎来黄金时代，三维设计与之有着紧密的联系，三维设计在各行各业均已有了广泛应用，给人们的生活、工作和学习带来了一定的影响。而三维动画、虚拟现实等三维设计及其技术也在课堂教学中得到了应用，如图1-1所示是物理学科的三维动画，能生动形象地帮助学生理解抽象的原理。不少学生也结合实际生活的问题和需要将自己的创意通过三维设计呈现出来，例如图1-2所示的3D未来智造设计作品自行车非接触式自发电灯，其作者是一名中学生。这是一款根据电磁感应原理设计的电灯，内含线圈和磁铁转子，通过车轮转动切割磁感线使线圈产生电流，即不需要电池就能使LED灯发光，为夜晚骑车提供安全保障。图1-1 物理三维动画图1-2 自行车非接触式自发电灯主 题三维设计在教育领域现状与发展的调查规 划根据项目范例的主题，在小组中组织讨论，利用思维导图工具，制订项目范例的学习规划，如图1-3所示。三维设计在教育领域现状与发展的调查23W2558正文1.indd 22021/3/11 11:15:443 3 三维设计在教育领域现状与发展的调查图1-3“三维设计在教育领域现状与发展的调查”项目学习规划探 究根据项目学习规划的安排，通过调查、案例分析、文献阅读和网上资料搜索，开展“三维设计在教育领域现状与发展的调查”项目学习探究活动，如表1-1所示。表1-1“三维设计在教育领域现状与发展的调查”项目学习探究活动探究活动学习内容知识技能三维设计基础知识、常用软件及工具二维与三维的区别。从二维矩形变为三维立体图形的探究。初步了解三维设计及相关技术的基础知识、常用软件及工具。进一步了解三维设计及相关技术的基础知识、常用软件及工具。通过调查和案例分析描述三维设计及相关技术的现状。三维设计。了解三维设计常用软件及工具。观察在平面显示器上展现的三维图像。调查三维设计常用软件的功能特点、适用范围及售价。安装相关三维设计软件进行操作。三维创意作品赏析对多个创意作品进行赏析。对创意机器人学生作品进行赏析，讨论其创意和特色。对创意杯子作品进行赏析。了解三维设计创意的重要性。能查找学习资源，运用三维设计的思想、方法与技术进行创作与表达。三维设计在教育领域现状与发展的调查23W2558正文1.indd 32021/3/11 11:15:4544第一章 认识三维设计及其技术探究活动学习内容知识技能三维设计的应用与影响三 维 设 计 的应用。对三维设计的应用进行调查。了解三维技术在不同领域的实际应用。能够在真实的情境中发现实际案例，认识三维技术在数字化环境中的普遍性及在各领域的应用。三 维 设 计 的影响。对VR的应用案例进行分析。对三维设计带来的影响的相关视频进行观摩。能够通过案例分析问题，说明三维设计给人们生活、工作、学习带来的影响，认识三维设计及相关技术在当今社会中的重要作用。理解信息技术对社会产生的影响，增强参与信息社会建设的意识，树立积极进取的态度。三维设计的发展趋势虚拟现实、增强现实和裸眼3D技术。对虚拟现实案例视频进行观摩。体验故宫博物院VR全景。对增强现实的相关视频进行观摩。了解裸眼3D技术案例。描述三维技术的发展趋势。能列举虚拟现实、增强现实、裸眼3D技术的应用实例。实 施实施项目学习各项探究活动，进一步调查三维设计在教育领域的现状与发展。成 果在小组开展项目范例学习过程中，利用思维导图工具梳理小组成员在“头脑风暴”活动中的观点，建立观点结构图，运用多媒体创作工具（如演示文稿、在线编辑工具等）综合加工和表达，形成项目范例可视化学习成果，并通过各种分享平台发布，共享创造、分享快乐。例如，运用在线编辑工具制作的“三维设计在教育领域现状与发展的调查”可视化报告，可以在教科书的配套学习资源包中查看，其目录截图如图1-4所示。（续表）23W2558正文1.indd 42021/3/11 11:15:455 5 三维设计在教育领域现状与发展的调查图1-4“三维设计在教育领域现状与发展的调查”可视化报告的目录截图评 价根据教科书附录2的“项目活动评价表”，对项目范例的学习过程和学习成果在小组或班级上进行交流，开展项目学习活动评价。项目选题同学们以36人组成一个小组，选择下面一个参考主题，或者自拟一个感兴趣的主题，开展项目学习。1三维设计在建筑装修领域现状与发展的调查2三维设计在影视游戏领域现状与发展的调查3三维设计在展览及表演领域现状与发展的调查项目规划各小组根据项目选题，参照项目范例的样式，利用思维导图工具，制订相应的项目方案。方案交流各小组将完成的方案在全班进行展示交流，师生共同探讨、完善相应的项目方案。23W2558正文1.indd 52021/3/11 11:15:4666第一章 认识三维设计及其技术1.1 了解三维设计现实世界是立体三维的，但表达可视信息的图片、视频等基本都是二维的，而二维图像在采集和显示的过程中丢掉了实际事物大量、重要的第三维信息。这些二维图像无法满足人类大脑信息处理的需要，人脑更需要获取与现实事物完全一致的三维信息。三维设计及其相关技术发展迅猛，成为产品设计、制造、管理、市场、服务、消费等方面的创新基础和竞争高地，三维技术的研发与应用关系着中国产业结构的优化升级，下面就让我们一起来学习三维设计吧！1.1.1二维与三维二维信息是在一个平面上的信息，即只包含两个维度上的信息。例如，在一张纸上所呈现的内容可以看作是二维的，只有面积，没有体积。二维空间是指仅由长度和宽度（在几何学中为X轴和Y轴）两个要素所组成的平面空间，只向所在平面延伸扩展。通常所说的三维是指在平面二维系中再加入一个方向向量构成的空间系。三维空间系有三个坐标轴，即X轴、Y轴、Z轴，其中X表示左右空间，Y表示上下空间，Z表示前后空间，这样就形成了人的视觉立体感。探究活动 思 考回顾高中数学中立体几何的相关知识，思考图1-5中的二维矩形按以下操作后会如何变化。（1）沿Z轴进行拉伸，将会形成什么立体图形？（2）沿X轴或Y轴进行旋转，将会形成什么立体图形？（3）尝试将旋转轴定在不同位置进行旋转，例如将旋转轴定为矩形的对称轴或矩形的某一边进行旋转，将会形成什么立体图形？（4）若把矩形换成圆形、三角形等其他平面图形进行上述的操作，又会形成怎样的立体图形？图1-5 从二维到三维的探索23W2558正文1.indd 62021/3/11 11:15:477 7 1.2 三维设计常用软件及工具1.1.2 三维设计三维设计作为一种立体化、形象化的新兴设计方法，已经成为新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的重要基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化、更形象化的一种新兴设计方法。三维设计相关的技术包括了三维作品的设计软件及发布、呈现三维作品的软硬件技术等。传统的三维设计通常是通过计算机软件进行立体建模，形成表达三维特征的数字信息，然后在平面显示器上显示出立体影像的系列技术。随着技术的发展，三维图像的呈现更为立体，例如广为流行的3D电影，观众佩戴偏光式3D眼镜就可看到立体影像；全息投影可让观众裸眼就看到立体影像。观 察图1-6和图1-7是利用三维软件Blender设计的机器人三维图形，在显示器上可多视角呈现机器人的立体造型。传统的三维技术利用了立体视觉的心理暗示线索，如纹理、遮挡、阴影、几何透视、结构级差等，通过计算生成能表达这些特征的数据，从多个角度来展示物体的三维信息，并且调整色彩、灰度、光线以及遮挡、阴影等参数形成不同效果，在二维显示平面上展现出物体的三维影像，让人们观看后产生视觉上的立体感。图1-6 用三维软件设计的机器人三维模型图1-7 三维软件设计中的四角视图1.2 三维设计常用软件及工具三维作品需要通过三维设计软件建立模型、制作动画，完成设计后可以通过3D打印工具将作品打印出来进行真实呈现。目前常用的三维软件和相关工具很多，各有所长，可根据需要进行选择使用。23W2558正文1.indd 72021/3/11 11:15:4788第一章 认识三维设计及其技术881.2.1视觉设计类软件影视、广告等行业的三维作品追求视觉效果，所使用的三维软件主要侧重艺术效果，并不十分追求结构的精确严谨。适合进行视觉设计的软件品种多样，3DSMAX是当前比较著名的三维软件，MAYA是高级的三维动画软件，在影视、广告行业使用者众多。Blender是一款非常流行的工业软件，用于某些顶级影视作品的制作。Blender软件的源代码是公开的，任何人都可以根据自己的需要修改或贡献程序代码，非常符合专业人士、小型工作室等需求，还被动画工作室采用。对比其他三维设计软件来说，Blender软件对电脑配置要求不高，并且软件可以免费下载使用。调 查通过上网搜索、市场调查等方式对各种三维设计软件进行对比，并填写表1-2。表1-2 多种三维设计软件比较软件名称功能简介优点市场价格3DS MAXMAYAPoserBlender实 践同学们进行Blender软件（本书统一使用Blender2.77a版本）安装和初始化设置的实践，具体步骤可参考本书配套学习资源包“第一章”“三维设计软件”目录下“Blender安装及初始化设置操作”。全国中小学电脑制作活动中3D创意设计（创新未来设计）项目使用的中小学创新设计软件V2.0设计三维作品，也是基于Blender软件开发的，可在活动网站免费下载试用版。使用中小学创新设计软件V2.0设计的文件扩展名为.cn3d，而使用Blender设计的文件扩展名为.blend。尝试修改三维作品的扩展名，并分别使用这两种软件打开。23W2558正文1.indd 82021/3/11 11:15:48 1.2 三维设计常用软件及工具1.2.2 工业设计类软件用于工业设计的三维软件，对结构的精确严谨、实用性、作品尺寸等方面有相对严格的要求，常见的软件包括SolidWorks，CAXA3D和AutoCAD等。1SolidWorks如图1-8所示的SolidWorks软件有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，能够提供不同的设计方案，减少设计过程中的错误以及提高产品质量。图1-8 SolidWorks软件界面图1-9 用CAXA3D设计的飞鱼作品2CAXA3DCAXA3D实体设计是一套面向工业的三维设计软件，它突出地体现了新一代CAD技术以创新设计为发展方向的特点，能为企业快速完成新产品设计、响应客户的个性化需要提供有力的帮助。目前也有不少中小学生利用这个软件设计创意作品，图1-9学生作品飞鱼就是利用CAXA3D设计的。3AutoCADAutoCAD是一款自动计算机辅助设计软件，可以用于二维制图和基本三维设计。使用它无须懂得编程，即可自动制图，广泛应用于土木建筑、装饰装潢、工业制图、工程制图、电子工业、服装加工等多个领域。观 察打开教科书配套学习资源包“第一章”目录下的“CAXA3D设计作品”，欣赏利用工业设计类软件设计的三维动画，并分析其与利用视觉设计类软件设计的作品的差异。1.2.3 3D交互设计工具目前3D作品的交互设计主要通过游戏引擎来实现，游戏引擎是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些交互式实时图像应用程序的核心组件。游戏引擎为游戏设计者提供了各种编写游戏所需的工具，其目的在于让游戏设计者能容易和快速地做出游戏。923W2558正文1.indd 92021/3/11 11:15:491010第一章 认识三维设计及其技术1Unity3DUnity3D是多平台的综合型游戏开发工具，能让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型的互动内容，是一个以交互的图形化开发环境为首要方式、全面整合的专业游戏引擎。2虚幻引擎虚幻引擎（UnrealEngine）是为开发游戏而制作的软件，从二维的移动平台游戏到主机平台的大作，能使开发人员快速地迭代其构想并看到效果。虚幻引擎技术不仅驱动发布了上百款游戏，还致力于实时3D电影、模拟培训、可视化程序等。3CryEngine游戏引擎CryEngine游戏引擎具有许多绘图、物理和动画的技术，并且可以实现游戏部分的加强，目前已经应用在多种游戏中。1.2.4 3D打印工具3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，图1-10所示的是利用桌面3D打印机打印三维作品。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，在模具制造、工业设计等领域常被用于制造模型，后来逐渐用于一些产品的直接制造，甚至打印零部件等。图1-10 利用桌面3D打印机打印三维作品图1-11 3D打印建筑作品随着技术的发展，3D打印的硬件及软件不断推陈出新。目前的桌面3D打印机主要识别STL格式的3D模型文件，把STL格式的3D模型文件导入例如Cura，RepetierHost等软件中就可以进行3D打印了。3D打印材料也不仅仅局限于金属和塑料，还包括混凝土、水泥等等，图1-11是某建筑机器人制造实验室团队使用赤土砖打印而成的亭子。体 验上网搜索Cura软件的相关资料和安装软件，尝试安装Cura软件。23W2558正文1.indd 102021/3/11 11:15:5011 11 1.3 三维创意作品赏析项目实施各小组根据项目选题及拟订的项目方案，结合本节所学知识，初步完成调查报告的引言、调查目的、调查内容与步骤、调查工具与方法。此外，实施调查的过程包括以下内容。1.三维设计及相关技术的基础知识。2.三维设计常用软件和工具。1.3 三维创意作品赏析创意是具有新颖性和创造性的想法，它是指基于对现实存在事物的理解以及认知所衍生出的一种新的抽象思维和行为潜能。功夫熊猫是大家比较熟悉的动画片，讲述了一只笨拙的熊猫立志成为武林高手的故事，它是以中国功夫为主题的动作喜剧电影，将人的各种情感赋予动物身上并融合了许多中国元素。这部电影的高票房主要在于其中的新奇创意。1.3.1 创意机器人作品赏析探究活动 体 验小李同学利用Blender软件设计了三维作品宠物陪护机器人，如图1-12所示。她的灵感源于现实生活中陪护爱犬的需要。作品富有独特创意，在2016年第十七届全国中小学电脑制作活动中获得3D创意设计（创新未来设计）全国一等奖。下面大家一起来分享她的无限创意吧！图1-12 三维作品宠物陪护机器人23W2558正文1.indd 112021/3/11 11:15:501212第一章 认识三维设计及其技术1创意作品设计思路分析现在不少人家里都养宠物，但由于工作繁忙等原因，导致陪伴宠物的时间少之又少。于是，小李同学设计“宠物照看与动物管制智能机器人”的想法应运而生。她开始使用三维设计软件着手设计一个专门陪护宠物的机器人，梦想让每个宠物的主人都能更方便地照顾自己的宠物。一开始，小李只是想做一个可以通过摄像头看到宠物的小产品而已，但经过对身边宠物的观察，得到了很多启发和想法，在设计过程中又否定了很多方案，最终选择了现在的方案。她在思考过程中画了如图1-13所示的草图。2造型及功能创意设计赏析（1）整体造型设计。机器人造型要呆萌可爱，坚硬的外壳要防水耐咬。上部材料为塑料，下部在塑料壳内填入密度大的材质，上轻下重，可以形成不倒翁的效果。宠物可以推它、摇它，有一定的游戏性和吸引力，并且不易侧翻，安全可靠。（2）部件设计与功能。宠物陪护机器人的各部件设计如图1-14所示。详细功能可参考教科书配套学习资源包“第一章”目录下“创意作品案例”的“宠物陪护机器人创意设计说明”。（3）外拓功能设计。宠物陪护机器人还有一项外拓功能，宠物主人可以通过手机APP端设定镜头上下转动或旋转，360度无死角全景拍摄、监测，还能分享宠物的照片和影像。主人可以在喂食格图1-13 设计思路草图指纹锁开关喇叭及麦克风多功能摄像头定时定量喂食格陀螺仪+万向轮图1-14 宠物陪护机器人部件设计23W2558正文1.indd 122021/3/11 11:15:511313 1.3 三维创意作品赏析中事先装好适量的食物，并在手机APP端设定喂食的时间，即使主人不在家，也不怕宠物饿着了。观 察同学们打开配套学习资源包“第一章”目录下“创意作品案例”的“宠物陪护机器人”，欣赏上述创意机器人作品，进一步理解三维作品的创意。1.3.2 创意杯子作品赏析创意起源于人类的创造力、技能和才华，创意来源于社会又指导着社会发展，而精彩的创意许多时候是源于生活的。我们平时喝水的杯子，利用3D软件可以设计成富有艺术感，也可以设计出具有特殊功能，例如图1-15左边所示的杯子，可以测量水的温度，可以听音乐，可以接收天气预报，还可以看新闻图1-15右边所示则是模拟树叶卷成一个造型独特的茶杯。图1-15 创意杯子案例讨 论继续欣赏教科书配套学习资源包“第一章”目录下“创意作品案例”中的案例，或通过网络、书籍了解和欣赏更多的创意作品，以小组为单位讨论这些三维作品所具有的创意和特色。项目实施各小组根据项目选题及拟订的项目方案，结合本节所学知识，在小组开展的调查报告中添加三维创意作品的案例说明。1.创意作品设计思路分析。2.造型及功能创意设计赏析。23W2558正文1.indd 132021/3/11 11:15:511414第一章 认识三维设计及其技术1.4 三维设计的应用与影响近年三维设计及相关技术日趋成熟与普及，在影视、游戏、教育、医学、制造业、航天、汽车、网络、工业等各行各业日益受到青睐，并不断发展壮大，一个以3D取代2D、立体取代平面、虚拟模拟现实的三维浪朝正在各个领域迅猛掀起。探究活动 思 考三维设计及相关技术的应用已经深入我们的生活当中，阅读以下案例材料，对三维设计在生活中的应用与影响进行思考。专家研制出3D打印假肢，帮助无手男子圆梦某专家模仿星球大战中的高科技仿生制造技术，发明出一种先进的廉价3D打印假肢技术。目前，该技术已在一名23岁、天生无手男子身上试验成功（图1-16），在未来有望造福更多残疾人士。这名生来就没有右手的男子，找到该专家希望能帮自己制作一只像星球大战男主卢克天行者（LukeSkywalker）一样的机械手。在扫描过左手之后，该专家利用先进的3D打印技术，仅用40个小时就成功制作出一只机器仿生右手。该男子接手成功后说道：“接上的右手，感觉就像戴了一副手套一样。我没想到接个假手竟然这么简单便宜，倘若我能早点来找他就好了，对于能有一只和卢克一样的假手，我很自豪。”三维设计已经实际应用于医学领域当中，特别是3D打印义肢已经成为最生动的案例。采用3D打印技术制作义肢相比传统工艺有着极大的优势，造价低廉，能极大程度地弥补伤残人士的缺陷。三维技术的发展正在不断地改造生活和造福人类！图1-16 利用3D打印技术制作的假肢23W2558正文1.indd 142021/3/11 11:15:511515 1.4 三维设计的应用与影响1.4.1 三维设计在各个领域的应用1教育领域早期，三维技术在教学中的应用以提供信息呈现型的教学资源为主，不少实验或演变过程通过三维动画呈现出来，给学生们极强的逼真感，使抽象的概念和理论更加直观和形象。如图1-17所示的三维教学资源立体地呈现了草履虫的内部结构。图1-17 草履虫3D教学资源图1-18 3D创意作品智能眼镜随着创客教育在国内的兴起，3D创意设计和3D打印教学大量涌现。图1-18是2017年全国电脑制作活动3D创新未来设计一等奖获奖作品Superglass模块化多功能语音智能学生眼镜，这是一款以模块化和人性化为特点的智能可穿戴设备，能有效地解决学生学习中遇到的各项问题，如师生交流途径不足、学生坐姿不正、对眼部健康重视不够、抽象思维能力不足等问题。越来越多学生将自己的奇思妙想及源于生活的各类创意利用三维软件制作出三维作品，甚至利用3D打印显现出实体作品。2建筑装修领域三维动画技术在建筑领域得到了非常广泛的应用，包括房地产漫游动画、小区浏览动画、三维虚拟样板房、楼盘3D动画宣传片、地产工程投标动画、建筑概念动画、房地产电子楼书、房地产虚拟现实等。图1-19和图1-20是某学校建筑设计和场室装修设计的三维效果图。图1-19 建筑设计三维效果图图1-20 装修设计三维效果图23W2558正文1.indd 152021/3/11 11:15:521616第一章 认识三维设计及其技术3影视游戏领域“3D立体电影”从动画类到真人类，再到两者结合，技术越来越成熟，达到高度逼真的效果，例如，广受欢迎的3D电影代表作阿凡达、国产3D电影捉妖记等，如图1-21所示。其中的三维造型、场景和动画都栩栩如生。而3D游戏使用3D模型来制作人物、场景等，使游戏玩家可以在游戏中体会逼真的立体感，在全景状况下从各个角度来进行游戏，大大地增加了游戏的自由度、趣味性及真实性，目前3D游戏已经成为主流的游戏类型。4展览表演领域三维技术可提供感观丰富、形象逼真、效果多样的视觉呈现，这项技术在一些博物馆、展馆等展示场合和大型表演中的应用逐渐多起来，如图1-22所示是文艺演出场景，大量3D全息投影技术为人们带来如诗如画的壮观视觉感受。5产品设计领域三维技术在产品设计领域中用于外观功能演示，不仅减少了成本，更将产品展示的全面性、直观性和创新性提到了一个新的高度，三维产品设计的案例如图1-23和图1-24所示。设计师可以便捷地将图纸直接转换成3D模型，设计创建出有特色的作品效果图；全方位的三维动态演示、高精度的仿真模拟实验也进一步取代了实际产品的实验室实验，进而缩短了产品开发周期，大大地提升了产品的市场竞争力。图1-23 三维产品设计图1-24 智能手表三维产品展示6工业制造领域随着国家对“智能制造”的大力推动，3D设计及其技术已经嵌入工业的整个流程，包图1-21 国产3D电影捉妖记图1-22 三维设计应用于文艺演出23W2558正文1.indd 162021/3/11 11:15:521717 1.4 三维设计的应用与影响括工业设计、工程设计、模具设计、数控编程、仿真分析等，成为推动信息化与工业化融合的发动机，是促进产业升级和自主创新的推动力。例如，飞机、汽车等具有高技术复杂度的产品，部分传统工艺也逐步被数控设备替代。高效、精确制造要求深入发展专业化建模、计算和仿真技术，对产品设计制造全过程的信息进行精确、全面的定义，利用模型来控制产品设计和制造全部业务流程。图1-25是机器人工作站离线仿真系统，用于提前检查各机器人是否能按程序做出正确的动作，以便对各机器人执行的准确度进行调校，如正确则将程序导入机器开始生产，如不正确则需要修改程序。7医学领域除了3D打印制作假肢外，三维技术在医学影像等方面也有广泛应用，远程会诊和手术都经常依赖三维技术。例如，用计算机重建三维图像，在屏幕上逼真地呈现人体器官等，医务人员可以对三维图像进行放大、旋转、剖分等操作，有效提高了诊疗的有效性和科学性。3D打印技术比较典型的应用包括3D手术预规划模型、手术导板、3D打印植入物，以及假肢、助听器等康复医疗器械。如图1-26所示是3D打印定制钛金属助听器；如图1-27所示是儿科3D打印手术导板，能帮助患有先天性骨疾病或骨骼受伤的儿童得到更好的治疗。调 查通过浏览网站或者实地考察，进一步了解教育领域中还有哪些三维设计的应用案例。1.4.2 三维设计给人们带来的影响三维设计出现以来，就以其数字化、虚拟化、智能化的特点影响着人们的生活、工作图1-26 3D打印定制钛金属助听器图1-27 儿科3D打印手术导板图1-25 机器人工作站离线仿真系统23W2558正文1.indd 172021/3/11 11:15:521818第一章 认识三维设计及其技术和学习，当前更成为促进产业升级和自主创新的推动力，是工业界与文化创意产业广泛应用的基础性、战略性工具技术，成为各国争夺行业制高点的竞争焦点。1对生活的影响从生活的角度来看，三维设计直接影响了人们的生活体验，让生活变得更加有趣，3D体验场馆、VR游戏、3D电影等新型事物层出不穷，让人足不出户也可以体验天下事，体验那些原本