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3D電腦輔助繪圖在高職建築科學生識圖與製圖能力提昇的影響

*吳美華 **楊裕富

一、前言

1950年代電腦圖學在美國開始發展，3D曲線及曲面的應用軟體也於1960年代美國通用汽車公司開始研發，到了1979年，第一次CAD/CAM會議在麻省理工學院召開，制定了一些規格，但由於當時電腦使用並不普及，運用在製圖領域的技巧也不成熟，大多是由相關的專業人士用來做輔助設計的工作，故稱為電腦輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD）。我國引進CAD技術已有四十餘年，對建築業的衝擊也日漸深廣；有關技職教育中高職建築科的設立、發展到目前科技整合，以及整個產業型態的轉變也都對CAD產生非常大的影響，尤其是整個產業型態的轉變對學生就業影響最大。

隨著CAD技術的突飛猛進，電腦繪圖在建築設計中扮演的角色己超出其單一的內涵；傳統建築製圖對於在培養學生空間規劃、識圖的能力及製圖的信心有著功不可沒的影響。目前電腦輔助繪圖的主流趨勢為3D 實體模型設計，即3D 電腦輔助繪圖；可利用三維數字模型精確類比空間形式的變化、光線與材質的考慮以及架構和設備系統的運作，並由直接傳輸到建造過程，甚至利用動畫和虛擬現實等相關技術，使困擾建築設計者多年的“想像與實際”之所有落差得以突破，並將建築設計水準發揮到從前無法顧及的層面。電腦繪圖教學的目的之一即是使學生掌握電腦繪圖的基礎理論和作圖方法，提升學生對建築設計內容的表達能力。

二、3D 電腦繪圖課程概述：

2-1重要性與特色：

繪圖是整個設計過程中較花費勞力與時間的工作，傳統繪圖是利用紙筆、各式繪圖工具來完成圖形，而電腦輔助繪圖(Computer Aided Drafting)是電腦輔助設計CAD(Computer Aided Design)之狹義解釋，在數位時代下已漸趨向「自動化」模式，2D CAD 與3D CAD 的差異在於2D CAD 的應用主要是延續以往傳統建築製圖的觀念，將物體造型應用投影的原理以線條來表現，與以往手工繪圖的差異性並不同，而導入3D 電腦輔助繪圖可作為建築製圖系統教學更重要的一部份，3D CAD 的設計在面架構塑型與實體模擬均可由各個視角觀測，並貼附欲表現的材質與光影設計，有助於學生在空間組構能力的表達與呈現，因此在課程安排上應整合建築製圖與電腦輔助繪圖等相關課程的應用，透過不同方式學習，來提高學生學習興趣與成效。

2-2課程學習目的：

1.      加強學生空間創造力的培養。

2.      引導學生設計進行的想法。

可將初步構想提早成形，或對自由造型無法表達、詮釋的部份都可用電腦當作表達的工具。

3.      電腦對於建築設計上是屬於一項工具，而這項工具較傳統製圖精確且能快速的將設計的概念表達出來，提高了修改的便利性，並能及時表現出設計的意像以及圖面。

4.      運用3維模擬形式訓練空間敏感度

基礎建築訓練為平面－立面－剖面－透視的階段式設計學習模式，對建築的解析與了解以一定的程序來完成整體過程。透過建築模擬採直接建構與演練體會的手法，使建築物透過光影投射、材質選定等將整體內在及外在凹凸型式感初步模擬，可使自我對建築空間的體會印象加深，加速個人對空間的視覺感受。

三、3D 電腦輔助繪圖的趨勢及對學生建築製圖能力的影響

1.      可加深瞭解及清楚辨別視圖內容，修圖較傳統製圖方便，省時、效率較高。

2.      傳統製圖與2D CAD 一般繪圖的方式，需從2D 建構一次，再繪製立體圖 (線架構)，而3D 電腦輔助繪圖繪製出的物件為實體模型， 2D 平面圖可由實體模型轉換。

3.      益於建立學生空間能力，由實體模型的觀察、認知過程中培養學生的空間概念。

4.      簡化繪圖程序，提高工作效率，使用電腦輔助製圖只須在個人電腦系統安裝CAD軟體，即能開始進行製圖，可節省大量的準備時間。

四、以下針對上述之影響提出幾點建議：

1.      注重質的提升與快速性

在學校本位課程中，以建築科而言，高三學生在「電腦輔助建築製圖」課程裡，上下學期各有4學分的時數，授課教師可依課程需求自行安排3D繪圖內容，普遍而論並無既定的教課書，因此需要授課教師自編上課所需的教材，若能委善的將課程時數規劃整合，加強創造性形體設計的能力，教學結合現代社會的發展，增加實例和實踐環節，一方面可打好基礎，另一方面亦可提升素質，忌如往同一樣的圖一再練習，若只是「強記」畫法，畢竟量是相當有限的，可指導教學生如何學習與運用3D 繪圖軟體，以增加縮短市場開發時間需求之競爭力，並易與大學課程相接軌。

2.      注重教學過程

教學評量的重點應在於課堂練習的學習過程，觀察學生學習的情況，瞭解其對製圖之原理、技巧等的認知，適時給予回饋才能達到預期成效，若只是憑最後結果來評定學生學習的成效，往往無法瞭解問題真正的所在。

3.      多方意見交流

教師本身應與產學間有多方交流，隨時提供課程相關新知，因應時代潮流來調整課程內容，例如有些課程在以前是很重要，但現在重要性減低，則可考慮適度刪減；若有些課程對於學生基本能力培養有很大幫助，可適時加入輔助教材來幫助學生學習。

4.      軟體的選擇

目前各職業學校有相當的授課自主權，教育部在針對各校3D軟體的選用上並無明文規定，因此建議科內在選用軟體時應保握幾個原則：

 eq \o\ac(○,1)1「普及性」：授課軟體應是在業界與學界上具有相當知名度與普及性的軟體，以利學生在未來畢業後易與外界接軌，否則就算在學校學得再好，畢業後使用率不大，也是枉然。

 eq \o\ac(○,2)2「易取性高」：既然讓學生在學校學習相關的3D繪圖軟體，更應該讓學生回家可以練習，以達到事半功倍的效果，否則每週在學校僅練習4小時，回家後沒有復習與預習，等到下週重返課堂時，又需花一段時間來熟悉課程，實在難以激起學生學習興趣；因為在學生用的軟體取得應以便利性高為主，例如：部份3D軟體均有以每學期承租方式給予學生優惠價，可享受正版軟體的練習權；或者課程上教授Sketch up，在Google網站上目前已有免費下載的正式軟體可供使用。

五、結論

教學的主要目地並非教會學生使用一種工具，而是引導學生充分運用CAD技術，使設計水準和表達能力更上一層樓，因此引導學生如何運用所學的CAD 知識解決設計過程中遇到的實際問題才是教學的重點，例如建立三維模型，幫助學生思考個自的的設計主題，並繪製出最後的3D效果圖，或製作小段的空間動畫路徑，以利整體空間思考與分析，提升學生運用3D思維能力。

國內的現階段的3D繪圖教育訓練，大都只是介紹系統的操作指令，忽略了基本原理說明，造成使用者對系統「只知其然，不知所以然」，3D 電腦圖形技術無論是在廣度與深度目前已蓬勃發展，其影響所及不僅是CAD/CAM 領域，3D 電腦圖形應用將更複雜、更多元。此為系統使用者的挑戰，勢必需要更多的技術與智識；另一方面，這也是一種機會，因為將有更多行業領域需要3D 技術，透過此項技術，建築設計從業者可以突破傳統設計領域的角色限制，開創更寬廣的發展空間。

圖片來源：

1. 圖1-1  筆者自行繪製

2. 圖1-2  http://www.geocities.com/Area51/Chamber/2270/page2.html

參考書目：

1.        劉育東，1999，建築的涵義M，天律大學出版社，天律

2.        林俊宏，民88，3D CAD 軟體應用概念，電腦繪圖與設計雜誌，頁131、159-164

3.        黃銘智，民88 年，從CAD/CAM 整合應用看3D 電腦圖形技術的趨勢，電腦繪圖與設計雜誌，頁131，36-41

4.        徐正陽，民89，21 世紀3D CAD 新譯（上），電腦繪圖與設計雜誌，頁142，173-175

5.        徐正陽，民89，21 世紀3D CAD 新譯（下），電腦繪圖與設計雜誌，頁143，125-129

6.      江洪、張培耘、吳巨龍，2OO6，美國工程圖學教材對我國圖學教育改革和精品課程建設的啟示，工程圖學學報，第6

7.      康鳳梅、鄭光臣、蕭吉男，電腦輔助製圖在我國機械業應用概況與發展趨勢之探討 ，教育部技術及職業教育，第71期

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