張 濤 王秋紅 邱 靜

（1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖241000；2.安徽國(guó)防科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230001）

1 引言

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)擴(kuò)展課堂教學(xué)不足，已成為教育教學(xué)研究界的發(fā)展方向，尤其在教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)中，更強(qiáng)調(diào)虛擬技術(shù)的應(yīng)用，拓展到了培訓(xùn)教育研究的方方面面，使學(xué)院借助于虛擬技術(shù)加深對(duì)培訓(xùn)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的理解，彌補(bǔ)了實(shí)物教學(xué)資源的不足、拓展了教學(xué)時(shí)空。

VRML是Internet上基于WWW的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，被稱為第二代網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，用來(lái)描述三維物體及其運(yùn)動(dòng)行為，具有三維性、交互性、分布式集成性和逼真性等特點(diǎn)[1-3]，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，可以模擬機(jī)械產(chǎn)品比如模具的裝配過(guò)程，幫助學(xué)習(xí)人員熟悉設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及裝配關(guān)系。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

本研究是建立在虛擬信息管理平臺(tái)上，不同平臺(tái)的用戶僅需要通過(guò)瀏覽器就可以使用本系統(tǒng)，并且通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為可視化界面，可以使得三維場(chǎng)景迅速發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。系統(tǒng)后臺(tái)的信息是使用高級(jí)程序程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，用戶可以進(jìn)行模擬拆裝動(dòng)畫演習(xí)，對(duì)每個(gè)零件也可以通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)超鏈接，從而學(xué)員不僅了解模具結(jié)構(gòu)，更對(duì)拆裝的順序、設(shè)計(jì)不足等問(wèn)題有了更清晰的認(rèn)識(shí)，減少學(xué)員培訓(xùn)時(shí)間，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程等都有好處。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)前的熱門技術(shù)，將其培訓(xùn)設(shè)計(jì)，不但可以節(jié)省教學(xué)資源、拓展教學(xué)空間、時(shí)間，而且能使學(xué)員或設(shè)計(jì)人員通過(guò)虛擬技術(shù)加深對(duì)結(jié)構(gòu)認(rèn)知的理解。主要?jiǎng)?chuàng)新之處體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）首先利用三維建模軟件建模，這可以便于構(gòu)建零部件的造型建模，而現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件往往建模過(guò)程比較復(fù)雜，然后將其導(dǎo)入虛擬實(shí)現(xiàn)軟件，從而為模型的導(dǎo)出積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也為后續(xù)工作提供依據(jù)。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的優(yōu)勢(shì)是交互式、形象化，經(jīng)過(guò)不斷的研究和挖掘，實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)需要的功能，解決了零部件結(jié)構(gòu)展示、運(yùn)動(dòng)分解等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[5]，為進(jìn)一步將實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供必要的參考。

（3）基于虛擬現(xiàn)實(shí)軟件構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)中，可以集成適當(dāng)?shù)奈淖帧D片、視頻、動(dòng)畫等多種素材，通過(guò)零件分類、裝配體拆裝及原理演示與對(duì)比，加深了對(duì)模具結(jié)構(gòu)認(rèn)知和拆裝內(nèi)容的理解。

3 塑料模具結(jié)構(gòu)拆裝的虛擬實(shí)驗(yàn)室新教學(xué)的實(shí)現(xiàn)

以“南瓜蓋”模具虛擬教學(xué)設(shè)計(jì)為例，介紹教學(xué)平臺(tái)搭建的主要過(guò)程：根據(jù)調(diào)研選取主要模具零件，利用UG軟件進(jìn)行建模，圖1為利用UG軟件設(shè)計(jì)的“南瓜蓋”模具。圖2為“南瓜蓋”模具的開模運(yùn)動(dòng)演示。

圖1 利用UG軟件設(shè)計(jì)的“南瓜蓋”模具

圖2 “南瓜蓋”模具的開模運(yùn)動(dòng)

通過(guò)三維軟件的建模，將三維軟件模型導(dǎo)入到VRML中，考慮到在實(shí)際裝配過(guò)程中，被裝配零件由于受裝配關(guān)系的約束而存在裝配順序問(wèn)題[1,2,4,6,7]。通過(guò)規(guī)劃零件在虛擬空間的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)其虛擬裝配。圖3為利用VRML軟件設(shè)計(jì)模具虛擬裝配動(dòng)畫。

通過(guò)以上過(guò)程，初步完成多套模具虛擬裝配動(dòng)畫。通過(guò)交互式設(shè)計(jì)最終達(dá)到虛擬環(huán)境的構(gòu)建，達(dá)到仿真模擬培訓(xùn)、設(shè)計(jì)的的目的。

4 總結(jié)

綜上所述，通過(guò)增加實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際操作能力是教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。很多模具類課程實(shí)踐性很強(qiáng)，需要大量的模型、實(shí)驗(yàn)設(shè)備。由于實(shí)際條件所限(設(shè)備短缺，教學(xué)課時(shí)不足，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所)，難以使學(xué)生有足夠的實(shí)踐的機(jī)會(huì)；許多設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以直接呈現(xiàn)，實(shí)際的拆裝成本較高。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行模擬拆裝，培養(yǎng)動(dòng)手能力，節(jié)省經(jīng)費(fèi)投入[3]。利用各種多媒體技術(shù)實(shí)物仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的方法建造虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅可拓展學(xué)習(xí)時(shí)間、空間，還可根據(jù)教學(xué)對(duì)象與技術(shù)發(fā)展更新、添加模型和設(shè)備模擬;使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。

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