本平台依托珠宝学院首饰设计与制作实验室及宝石学实验室，拥有1台大型HP 服务器和40台终端，安装了国内外珠宝首饰行业最常用的设计软件（Rhinoseros、JewelCAD、GemCAD、OpenGL等），并进行了部份功能的开发，同时还完全自主开发了钻石外形测量设计及亮度质量评价的软件，以及宝石人工合成过程3维动画、宝石检测的观察效果示意课件。

该实验教学平台能够同时提供40位同学的上机款式设计、外形测量及质量评价等。

（1）本平台已开展的虚拟仿真实验项目

本平台已开展的虚拟仿真实验共6项，具体如表2-1所示。

表2-1  珠宝玉石虚拟仿真实验教学平台开设的实验项目

序号	实验项目	实验内容	实验类型
1	Rhino珠宝首饰设计仿真实验	运用三维设计软件Rhinoseros为首饰设计平台，学习制作各类首饰（包括各种镶口、戒指、吊坠、耳饰、胸饰、手镯、链饰等）的设计建模技法，然后再运用KeyShot渲染插件，对首饰模型进行拟实仿真渲染，观察首饰设计效果。	专业实验
2	宝石琢型设计仿真实验	采用宝石琢型设计专业软件GemCAD实验平台，设计建立各种刻面宝石琢型模型，对宝石琢型进行仿真模拟分析光学效果研究，以获取最佳的琢型比例和角度数据。	专业实验
3	JewelCAD珠宝首饰设计仿真实验	依托实验室服务器上装载的JewelCAD电脑首饰专业设计软件，设计珠宝首饰模型，拟实仿真首饰模型的渲染效果。	专业实验
4	钻石光学效果数值模拟实验	采用Virsual C++自主研发的钻石三维光学模拟系统S3DModel，可以根据钻石的切工参数得到钻石的几何体，并设定光源特征及观察条件，对所有光线进行跟踪模拟计算，从而模拟出不同切工的钻石的影像，并计算出亮度与火彩指标。	专业实验
5	钻石原石设计仿真实验	基于windows.net平台、使用C# 和OpenGL自主研发的钻石原石三维重建系统，利用基于面识别的三维重建方法对原石投影图像进行测量与几何建模。再根据基于约束条件下的钻石原石最优切割方案算法与用户的要求对测量的原石进行切工设计，得到最优化的设计方案	专业实验
6	宝石合成仿真实验	运用二维、三维动画手段，将主要的五种宝石合成方法冷坩埚法、区域熔炼法、熔剂法、水热法和维尔纳叶法的生产设备进行展示、模拟生产技术过程。	专业实验

实验项目1：Rhino珠宝首饰设计仿真实验

（1）实验内容：

依托实验室服务器上装载的Rhino 3D设计软件和KeyShot渲染软件，设计珠宝首饰模型，拟实仿真首饰模型的渲染效果。

（2）实验功能及效果

运用三维设计软件Rhinoseros为首饰设计平台，学习制作各类首饰（包括各种镶口、戒指、吊坠、耳饰、胸饰、手镯、链饰等）的设计建模技法（图4），然后再运用KeyShot渲染插件，对首饰模型进行拟实仿真渲染（图5），观察首饰设计效果。还可以将设计的首饰模型数据输送到三维快速成型打印机中，打印出树脂实物模型（图6）。此实验教学课程可以使学生具备运用电脑进行首饰设计创作的初步能力，并为后续的电脑首饰专业课程打下坚实基础。

实验项目2：宝石琢型设计仿真实验

（1）实验内容：

依托实验室服务器上装载的三维宝石琢型设计软件GemCAD，设计各种刻面宝石琢型，仿真模拟分析宝石琢型的光学效果。

（2）实验功能及效果

采用宝石琢型设计专业软件GemCAD实验平台，设计建立各种刻面宝石琢型模型（图1，图2），对宝石琢型进行仿真模拟分析光学效果研究（图3），以获取最佳的琢型比例和角度数据，然后打印成图纸用于宝石加工实验。在此实验教学基础上，学生可以达到设计新款

宝石琢型产品开发的能力。

实验项目3：JewelCAD珠宝首饰设计仿真实验

（1）实验内容：

依托实验室服务器上装载的JewelCAD电脑首饰专业设计软件，设计珠宝首饰模型，拟实仿真首饰模型的渲染效果。

（2）实验功能及效果

运用国内首饰行业中广泛使用首饰设计专业软件JewelCAD为平台，学习制作各类首饰的设计建模技法，并对首饰模型进行快速的拟实仿真渲染，输出逼真的光影渲染效果（图7）和三维快速成型打印数据。通过此实验教学课程的学习，使学生具备熟练的运用电脑进行首饰设计创作和商业首饰设计开发的能力。

实验项目4：钻石光学效果数值模拟实验

（1）实验内容：

依托由珠宝学院自主研发的钻石三维光学模拟系统S3DModel，仿真不同切工的钻石呈现的光学效果。

（2）实验功能及效果

采用Virsual C++编写的钻石三维光学模拟系统S3DModel，根据钻石的切工参数得到钻石的几何体，并设定光源特征及观察条件，对所有光线进行跟踪模拟计算，从而模拟出不同切工的钻石的影像，并计算出亮度与火彩指标（图1）。该实验可以模拟不同切工条件下，钻石所呈现的影像（图2）。也可以连续改变切工参数进行批次模拟，得到量化指标的变化规律（图3和图4）。

实验项目5：钻石原石设计仿真实验

（1）实验内容：

依托自主研发的钻石原石三维重建系统，得到钻石原石的三维模型，以此为基础，对钻石进行切工模拟设计，最后得到最优化设计。

（2）实验功能及效果

基于windows.net平台、使用C# 和OpenGL进行开发的，利用基于面识别的三维重建方法对原石（图1）投影图像进行测量与几何建模（图2）。再根据基于约束条件下的钻石原石最优切割方案算法与用户的要求对测量的原石进行切工设计（图3），得到最优化的设计方案（图4）。

实验项目6：宝石合成仿真实验

（1）实验内容：

利用专业设计制作的宝石合成设备与生产工艺技术多媒体课件，展示宝石主要合成方法的设备、生产工艺及主要技术参数。

（2）实验功能及效果

运用二维、三维动画手段，将主要的五种宝石合成方法冷坩埚法、区域熔炼法、熔剂法、水热法和维尔纳叶法的生产设备进行展示、模拟生产技术过程。通过此实验教学课程的学习，使学生了解合成宝石的主要方法、设备的主要组成部分，以及主要的生产工艺技术。为学生进一步学习合成宝石的鉴定特征打下基础。

 

（2）本平台拟开展的虚拟仿真实验项目

本平台拟开展的虚拟仿真实验共5项，具体见表2-2所示。

珠宝玉石由于成矿条件苛刻，大多分布于一些地理条件恶劣的地区，成矿数量稀少。让学生看到珠宝玉石的开采过程非常困难：很多矿区去不了，如翡翠矿区在缅甸北部，基础条件非常差、还经常战乱；进了矿区看不到宝玉石，由于宝石石多呈鸡窝状分布，一旦出矿，工人就会飞快采完，学生只能看到已采空的作业面；如进矿区看到宝玉石，也不让采。在实验教学中因为高品质的宝玉石价值太贵，学院难以购买后让学生上手切割、加工、鉴定和评价，只能以合成品或低档宝石代替，只能通过计算机的模拟来再现其形成过程、勘探、开采方法、进行产品设计、3D详细评价高昂宝玉石产品。基于前期仿真实验研究的经验及基础，结合珠宝玉石的特点，重点开展如下几个方面的虚拟仿真研究（表2-2）：

表2-2珠宝玉石虚拟仿真实验平台拟开设的实验项目

序号	实验项目	实验内容	实验目的	实验类型
1	珠宝玉石形成过程的模拟实验	基于3D技术建立矿山模型，实现从地层形成、岩浆侵入、矿体抬升、剥蚀出露地表的过程，展示不同宝玉石品种的形成、分布及演变规律。	将学校在宝玉石成矿研究方面的成果，利用固体矿产专业方向较为成熟的成岩成矿表现技术，进行宝玉石矿形成过程的模拟实验。	专业实验
2	珠宝玉石的勘探、开发模拟实验	将矿山图片、勘探、开采资料，运用于数字化矿山模型，展示矿体分布特征、勘探方法及开采方法。	利用学校勘查工程专业较为成熟的勘探、开发表现技术将宝玉石矿山模型，以及勘探、开发方法进行模拟实验。	专业实验
3	珠宝玉石加工设计实验	通过专业软件，采集标本外观特征，虚拟加工后形状，通过经济评价，决定价值最大化的加工方案。	进一步改进设计软件，让学生在给定不同参数设置条件下，设计宝石加工、玉石雕刻多套方案，并进行经济评价。	专业实验
4	珠宝玉石鉴定评价虚拟实验	将贵重宝玉石标本进行三维建模，利用高精度的照片进行3D数字化，360度放大仔细观察细微特征，来鉴定品种、并进行质量等级的评价。	贵重宝玉石标本会在公司或私人的保险箱中，难以见到，学生不可能亲手鉴定与评价，通过建立贵重标本的3D数字化图像可以实现虚拟鉴定评价。	专业实验
5	网上珠宝玉石虚拟仿真实验教学平台	将珠宝玉石的实物标本图片化、实验场景虚拟化，结合以上4方面的模拟仿真实验构建一个网上虚拟仿真实验教学平台。	可以不受时间限制、不受地域限制，面向校内、校外师生和社会公众开放。	专业实验

以上这些虚拟仿真实验是在原有实验的基础上进行的，本着“能实不虚、虚实结合”的原则，加强在现有实验的基础上，进行虚拟仿真拓展与补充，将整个实验整体搬到网上对所有公众开放，是实现教学资源的校内外共享的最大化。科研成果与实际实验教学、虚拟实验教学及网上实验平台的关系见图

图6其于研究成果的珠宝玉石虚拟仿真教学平台结构关系图

（1）珠宝玉石形成过程的模拟实验：基于3D技术建立矿山模型，实现从地层形成、挤压、褶皱、岩浆侵入、矿体抬升、剥蚀出露地表的过程，展示不同宝玉石品种的形成、分布及演变规律；特色在于将地质大学在宝玉石成矿研究方面的成果，利用固体矿产专业方向较为成熟的成岩成矿表现技术进行宝玉石矿形成过程的模拟实验。

（2）珠宝玉石的勘探、开发模拟实验：将矿山图片、勘探、开采资料，运用于数字化矿山模型，展示矿体分布特征、勘探方法及开采方法；特色在于利用学校勘察工程专业方向较为成熟的勘探、开发表现技术将宝玉石矿山模型，以及勘探、开发方法进行模拟实验。

（3）珠宝玉石加工设计实验：通过专业的软件，先采集标本的外观特征，虚拟加工后的形状，通过经济评价，决定价值最大化的加工方案；特色在于进一步改进设计软件，让学生在给定不同参数设置条件下，可以对宝石加工、玉石雕刻设计出多套方案，并对经济性进行评价。

（4）珠宝玉石鉴定评价虚拟实验：将贵重宝玉石标本先进行三维建模再贴高精度的照片可以获得3D数字化图像，360度放大仔细观察其细微特征，来鉴定品种、并进行质量等级的评价；特色在于贵重宝玉石标本会在公司或私人的保险箱中，难以见到，学生不可能亲手鉴定与评价，通过建立贵重标本的3D秀数字化图像可以实现虚拟鉴定评价。

（5）网上珠宝玉石虚拟仿真实验教学平台：将珠宝玉石的实物标本图片化、实验场景虚拟化，结合以上4方面的模拟仿真实验构建一个网上虚拟仿真实验教学平台；特色在于可以不受时间限制、不受地域限制，面向校内、校外师生和社会公众开放。