于文龍　高繁強　張明宇等

關(guān)鍵詞：三維建模；無人機(jī)遙感；教學(xué)改革；創(chuàng)新探索

中圖法分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

近年來，隨著科技的高速發(fā)展，三維建模技術(shù)已日漸完善，不僅突破了二維平面單調(diào)展示空間信息的限制，并且為各行各業(yè)提供了更加直觀且真實的輔助決策技術(shù)支持。當(dāng)前，鑒于受高校學(xué)生薄弱的知識基礎(chǔ)和欠缺的學(xué)習(xí)能力的影響，教師在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時側(cè)重于讓學(xué)生理解和掌握“無人機(jī)遙感”課程的原理和方法，但這部分學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備較強的數(shù)理基礎(chǔ)，往往會忽視對學(xué)生空間思維的培養(yǎng)。在“無人機(jī)遙感”課程中，數(shù)理基礎(chǔ)和空間思維能力要求較高，導(dǎo)致學(xué)生理論學(xué)習(xí)較為吃力[1～3]。因此，本文以遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中的“無人機(jī)遙感”課程作為“示范項目”，大膽嘗試將“三維建模平臺”與“無人機(jī)遙感”課程相結(jié)合，采用“理論導(dǎo)向，三維驅(qū)動”理論和實際一體化的教學(xué)模式，注重學(xué)生空間思維能力的培養(yǎng)，通過改變傳統(tǒng)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的授課方式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最大限度地做到學(xué)以致用，以期提高教學(xué)質(zhì)量。

1三維建模的現(xiàn)狀與發(fā)展

三維建模是通過計算機(jī)處理和表示，對三維建筑物建立數(shù)學(xué)模型，以此表達(dá)和建立真實世界的虛擬現(xiàn)實。從嚴(yán)格意義上講，三維建模技術(shù)并不是一種很新的技術(shù)，在國外，地質(zhì)建模早已發(fā)展了幾十年，中國的相關(guān)技術(shù)發(fā)展也可追溯到20世紀(jì)80年代。以往的三維建模多用于視覺檢測方面，但隨著三維建模技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實、生物醫(yī)學(xué)、建筑等方面，為推進(jìn)和建設(shè)數(shù)字化城市創(chuàng)造了較為豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。物理三維建模是計算機(jī)幾何設(shè)計、計算機(jī)動畫以及計算機(jī)圖形學(xué)等領(lǐng)域的核心技術(shù)，其獨到的管理龐大空間對象的能力及空間分析的能力，可以彌補遙感在三維數(shù)據(jù)薄弱以及空間分辨率低等方面的不足，以提高其解決行業(yè)用戶核心需求的能力。

隨著各項大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，三維建模將來會在智慧城市、數(shù)字校園等領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用，同時可以滿足高校教師、科研人員以及專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2“無人機(jī)遙感”課程的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，各個專業(yè)領(lǐng)域?qū)b感數(shù)據(jù)的需求逐漸增加，但數(shù)據(jù)獲取的手段相對不足，此時，以無人機(jī)為空中遙感平臺的遙感技術(shù)應(yīng)運而生。無人機(jī)遙感技術(shù)是一種新型的航空攝影測量的方式，它具有續(xù)航時間長、實時影像傳輸、探測高危地區(qū)、成本低等優(yōu)點，但是由于“無人機(jī)遙感”課程教學(xué)內(nèi)容較強的理論性和空間性，不易被學(xué)生接受，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。在以往的教學(xué)過程中，“無人機(jī)遙感”課程的講授以相關(guān)理論為主，或是結(jié)合相關(guān)實際應(yīng)用進(jìn)行簡單介紹，過程枯燥無味，教學(xué)效果較差。另外，一些高校經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較差，無法搭建相關(guān)實驗室以滿足實踐需要，使得理論與實踐相脫節(jié)。

針對上述問題，對于“無人機(jī)遙感”課程的講授，如何生動且聯(lián)系實際顯得尤為重要。因此，在設(shè)計本課程的教學(xué)內(nèi)容時，通過無人機(jī)遙感拍攝的航空影片來進(jìn)行三維建模，構(gòu)建相關(guān)平臺應(yīng)用于“無人機(jī)遙感”課程，以增強學(xué)生空間想象力和理解“無人機(jī)遙感”課程相關(guān)知識的能力?？梢酝ㄟ^“地理信息服務(wù)綜合管控平臺”案例來展示和存儲地理信息，進(jìn)行“無人機(jī)遙感”課程的講授，其能夠很好地融合該課程概念抽象、較難理解的特點，給學(xué)生帶來更直觀的體驗，便于他們理解和掌握相關(guān)技巧，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

3三維建模平臺在“無人機(jī)遙感”課程中的應(yīng)用及未來

3.1三維建模平臺在“無人機(jī)遙感”課程中的導(dǎo)入

雖然在傳統(tǒng)的日常教學(xué)過程中，已經(jīng)引入了部分基于傾斜攝影測量的半自動建模技術(shù)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，但這項技術(shù)聽起來就較為乏味枯燥，仍需結(jié)合現(xiàn)實生活中大量的無人機(jī)遙感相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行教授。為了破除傳統(tǒng)教學(xué)的弊端以及彌補教學(xué)過程中存在的不足，對于“無人機(jī)遙感”課程而言，課程內(nèi)容的設(shè)計尤為重要。教師可對課程內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整，提高學(xué)生解決實際遙感問題的能力。授課教師可挑選學(xué)生熟悉的場景，現(xiàn)場展示并講解數(shù)據(jù)的采集方法，以及三維模型的創(chuàng)建流程，加深學(xué)生學(xué)習(xí)印象，改善學(xué)生對于當(dāng)前行業(yè)發(fā)展階段的認(rèn)識，能夠有效提高學(xué)生對于實習(xí)的積極性。

如圖1所示，在“無人機(jī)遙感”課程中引入三維建模，可生動直觀地講解無人機(jī)遙感的內(nèi)容，并將無人機(jī)遙感、遙感的應(yīng)用，通過三維建模的模式進(jìn)行講解，相較于傳統(tǒng)的無人機(jī)理論教學(xué)，其更直觀、形象、立體、生動，更易讓學(xué)生理解，同時擴(kuò)展學(xué)生關(guān)于本課程的學(xué)習(xí)空間。在教師講授過程中，通過山東交通學(xué)院自主研發(fā)的軟件平臺，獲取物體表面的點云數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、拼接等，得到物體真實的三維形狀，不再是機(jī)械地進(jìn)行圖片和理論知識講解，讓學(xué)生在這個過程中真正地融人教學(xué)中，學(xué)到相關(guān)知識。

3.2三維建模平臺在“無人機(jī)遙感”課程中的應(yīng)用

在遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)習(xí)過程中，認(rèn)知實踐部分是不可或缺的，三維建模知識被引入“無人機(jī)遙感”課程中，能夠強化無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)展示的意義，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力[4]。在“無人機(jī)遙感”課程講述中，授課教師挑選典型事例，結(jié)合實際三維建模平臺，采用“理論導(dǎo)向，三維驅(qū)動”理論和實際一體化的教學(xué)模式，以真實場景來開展啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生對其所學(xué)的“無人機(jī)遙感”課程理論方法的應(yīng)用有更加深刻的認(rèn)識。通過無人機(jī)拍攝真實校園全景照片進(jìn)行三維建模，通過熟悉的場景引導(dǎo)，激起學(xué)生求知的渴望。與此同時，基于三維建模的復(fù)合式教學(xué)，可以降低教學(xué)成本，提高教學(xué)效率。如圖2所示，在案例分析課上，將三維建模的真實校園場景和無人機(jī)遙感基礎(chǔ)理論引入課堂進(jìn)行交流和討論，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為主動學(xué)習(xí)，使其自發(fā)地學(xué)習(xí)新技術(shù)。通過教師教與學(xué)生學(xué)的相互結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)展，大大提高他們的空間感知思維，并改善學(xué)生對于當(dāng)前行業(yè)發(fā)展階段的認(rèn)識，能夠有效提高學(xué)生對于實習(xí)的積極性。

3.3三維建模平臺在“無人機(jī)遙感”課程中的未來

在這個高新技術(shù)迅速發(fā)展的時代，人們對于數(shù)字與媒體的需求也變得越來越多[7]。三維建模技術(shù)能使人們更好地與現(xiàn)實世界的事物相聯(lián)系。在大數(shù)據(jù)背景下，三維建模平臺的發(fā)展前景十分廣闊，且具有一定的生存空間，或?qū)⒊蔀榘l(fā)展的主流趨勢。與此同時，三維建模技術(shù)將來為“無人機(jī)遙感”課程提供的服務(wù)會越來越便利。在不久的將來，三維模型建模技術(shù)將會更多地融人“無人機(jī)遙感”課程。但是，如何將三維建模平臺和“無人機(jī)遙感”課程較好地融合在一起，還需要教師進(jìn)行相關(guān)探究和技術(shù)轉(zhuǎn)化。

4結(jié)束語

鑒于“無人機(jī)遙感”課程教學(xué)中存在的多個難點，本文嘗試將三維模型平臺與“無人機(jī)遙感”課程有機(jī)結(jié)合，使整個教學(xué)過程更加有趣和直觀，從而激起學(xué)生學(xué)習(xí)遙感技術(shù)的興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到教學(xué)目的，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生對無人機(jī)遙感的應(yīng)用能力。實踐時，授課教師挑選典型案例，現(xiàn)場展示并講解實景三維建模平臺搭建流程，以及數(shù)據(jù)的采集，加深學(xué)生學(xué)習(xí)印象，改善學(xué)生對于當(dāng)前行業(yè)發(fā)展階段的認(rèn)識，能夠有效提高學(xué)生對于實習(xí)的積極性。在后續(xù)的教學(xué)過程中，還將繼續(xù)開展基于相關(guān)技術(shù)的課程建設(shè)，探索高效的課程教學(xué)機(jī)制，真正滿足教書育人的基本要求，從而更好地服務(wù)于遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的更新，社會對人才需求也不斷變化，三維建模技術(shù)為課程改革提供了支撐條件。高新技術(shù)應(yīng)用于遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)，使學(xué)生在未來就業(yè)環(huán)境中具有一定的核心競爭力與技術(shù)優(yōu)勢。培養(yǎng)適應(yīng)時代需求的新基建型人才是當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本目標(biāo)，要不斷改革與完善。高校還應(yīng)開展以學(xué)生發(fā)展為目的的實踐性教學(xué)，增強校企友好合作關(guān)系，為學(xué)生實習(xí)提供良好的環(huán)境，有助于學(xué)生積累實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，為學(xué)生將來的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

作者簡介：

于文龍（1984—），博士，講師，研究方向：計算機(jī)圖形學(xué)、人工智能機(jī)械學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于智能手機(jī)的災(zāi)害實時地圖生成。