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2017-2018年度“三维信息数字化基本原理与实践“课程总结
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我于2007年开设了面向全校各专业各年级本科生公选课“三维信息数字化基本原理及应用”， 开设这门课的初衷是觉得师范大学最大的特点是学科齐全，除了数学、地理、物理、化学等常见专业，还有体育、艺术、天文、考古等，而三维信息在这些学科中都有用武之地，因为我们处于三维世界。希望学生们能掌握三维信息获取基本原理，能对三维信息感兴趣，并在自己的专业中有所应用，甚至能和其他学科有所交叉创新。虽然后来询问选课原因多数学生回答是没有其他课可选，但140人还是比较可观的。有好学的学生，对三维信息产生了兴趣，我后来上课常用的几个例子都来自于当时一些学生提供的信息，例如用谍中谍片段形象展示三维信息数字化的过程、用一张照片建立主楼三维模型、还有一系列错觉图像调节课堂气氛等。由于一些学生缺勤和不交作业，最后有70人不及格，导致第二年选课人数不足50，虽然有学生表示非常想上，但还是没能开课。
此后，由于生存压力和上课无用的影响，再也没有心情开课。直到2016年，觉得自己在三维信息相关研究方面有了更多的积累和心得，才又为全校各专业大一新生开设了一门通识教育课“三维信息数字化基本原理与实践”。与2007年的课程相比，除了增加了软件操作和实物展示等环节，更主要的改变是大幅度减少了摄影测量或计算视觉方面的专业知识，几乎没有算法公式推导，只通过形象的演示让学生掌握基本原理，这一教学思路体现在我们于2012年自主编写的面向非摄影测量和计算机视觉专业学生的教材“影像三维数字化基础教程”中。
自主教材
虽然只有2学分，授课对象又是刚刚从高中进入大学的大一新生，而且还有不少文科生，但实例化和娱乐化（自黑）的教学风格还是让多数学生对这门课产生了兴趣。2016年第一次开设课程时，有的学生请教编程想用matlab画画作为给好友的生日礼物，有的学生要课程PPT想在支教时给中学生上三维信息数字化课。
通过“美颜”等让学生更容易理解并对编程感兴趣
2017年是第二次开设这门课程，从选课名单来看，仍然是一半的女生和文科生，但这些来自大一新生的期末大作业超出了我的预期，有制作影视特效的，有通过动作捕捉做动画的，有做化学分子三维模型的，还有模拟“跳一跳”游戏的。用到的一些设备、软件、操作让我这个教摄影测量却不会使用单反相机，教特效制作基本原理却不会用特效软件的老师有些惭愧，觉得有必要总结一下才能对得起学生们的投入和热情。
一半左右的文科生
名称 | 疯狂的烤鸭 |
简介 | 尝试了相机追踪、影视特效、增强现实等技术，让我更欣赏的是他们的主动性和热情。能够想到把增强现实用于饮食行业，能够说服烤鸭店经理让他们在店内进行拍摄，而且有耐心利用几百张照片做出烤鸭三维模型，并最终基本实现最初设想的效果。
几百张烤鸭照片
用上面照片生成的烤鸭三维模型
将制作的烤鸭三维模型融入拍摄的视频中 |
感想 | 虽然成品与最初所想的差距非常之大，但是每位组员在实践过程中都或多或少收获了许多宝贵的经验。 |
名称 | 动作捕捉操纵动画人物 |
简介 | 利用kinect进行动作捕捉并实时操纵动画人物，可用于肢体动作类的教学。其实我一直也想做类似的事情，但没有找到合适的解决方案，没想到学生们找到了。
Kinect捕捉人体动作并实时操纵动画人物 |
感想 | 在对原有目标的实践过程中，我们小组成员也体会到了相关技术人员的辛苦，想要完成原有的目标，并不是大致懂了原理就做的出来的一件事，也是需要无数次的试验、无数经验的积累、和长年累月的实践的，并不是以我们仅仅是完成一项作业的心态就可以制作出的作品。 最重要的一点是，通过这次实践，加强了我们对三维信息数字化的兴趣。虽然我并不是相关专业的学生，但是通过这门课，通过这次实践，我了解到了许多虚拟现实相关的软件，例如Maya，meshlab, blender等等，发现其实只要掌握基本的操作方法就可以制作出非常神奇，看似“高大上”的作品。更重要的是我们还能对每项操作背后的原理有大致的印象。或许哪一天在未来的学习中，我们就能用上这些知识。这是我认为上这门课，完成此次大作业最宝贵的一点收获了。 |
名称 | 模型小人跳一跳 |
简介 | 课堂上我只是放一个影视特效视频时提到过一点blender，实际软件我自己也不会操作，没想到学生们用blender完成了三维建模、骨骼绑定、动画制作整个过程。更好的是还能抓住热点，模拟火热的微信小程序游戏“跳一跳”，说明他们已经能自觉的将课堂学习的三维知识自然的与生活联系起来，这很可贵。
小人三维建模
模型小人跳一跳 |
感想 | 该作业将利用《三维信息数字化基本原理与实践》课程中所讲述的三维建模方法，结合“基于几何形体”和“基于实物测量”来构建三维模型。同时我们也会充分利用blender的多种功能，尽力提高作业的完成度。 在相互合作的过程中，小组成员将实际体验三维建模的乐趣，熟悉相关三维建模软件的基本操作，进一步加深对《三维信息数字化基本原理与实践》课程的相关知识的理解。 经过使用blender的实际操作，小组成员对blender软件的使用方法的作用有了更深层次的理解。虽然在贴图、骨骼绑定等环节都存在着小小的瑕疵，但是组员基本已经了解各个流程的具体操作步骤和方法以及三维动画的基本原理。在此过程中，出现一些意外问题，小组成员经过上网查找资料解决了其中的大部分。总体来说，成员们在完成作业中获得的感悟、体验、收获远远大于最后的一份大作业。 |
名称 | 城市中的巨型海绵宝宝 |
简介 | 这组同学只是做了个简单的影视特效（不过比我强，我连简单的特效都不会做），把海绵宝宝的模型放在视频中。但他们前期计划很完善，最终效果也接近预期。
预期的效果
最终的效果 |
感想 | 三维信息数字化这门课真的让我懂得了很多, 让我真正感觉到电影和各种ACG作品中的特效离我更近了一步, 通过对同样的物体,不同角度进行拍摄,就可从众多二维信息中提取三维信息,转化为三维模型, 进而可以与如3DMAX,maya等3D软件中制作的3D模型,3D动画进行互动,虽然实际操作对我们依旧困难,但是其原理已经有了很好的了解 |
名称 | 化学分子三维建模 |
简介 | 化学学院的同学将课堂知识用于自己的专业，建立化学分子三维模型可用于辅助教学。我还学到了两点，3DBuilder可以方便的建模，还可以将文件远程3D打印后邮寄过来，不过不知道是否收费。
水和苯 |
感想 | 虽然我们制作的模型大多以简单的几何图形为主，但是这些图形的组合却能够使我们的理解更为透彻。 3D模型在教学中能够起到的关键作用，通过模型或者视频，同学们就能更加直观的理解反应的过程，以及物质的结构 |
比起大作业本身，更满意学生们的心得体会，我希望他们能学到一些的科研要素都出现了，兴趣、计划、搜索、实践、坚持、合作。另外，这门课本身的目标也实现了，区区2学分课时让没有任何基础的大一新生了解了三维数字化的基本原理。同时也有些感慨，因为上课时间与地理专业一门必修课冲突，所以反而没有地理专业学生来上这门课。而且，由于培养方案调整，我上了10年的地理专业本科生“摄影测量”课程也被取消了，结果就是地理专业的学生反而学习不到三维信息获取和处理的相关知识。几年来曾经几次建议过，由于遥感数据分辨率越来越高，观测角度越来越多，还有像LiDAR这些传感器的发展，几何信息已经愈发重要，地理专业的学生应该掌握几何信息获取和处理的基本知识。有3学分的课已经足够让学生了解摄影测量和激光雷达的基本原理与操作，甚至哪怕只有2学分的课我也能勉强达到这个目的，可惜人微言轻，一声叹息。
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