姚念近

[摘要]隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，新的教學(xué)手段不斷涌現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新型的教學(xué)媒體，正在為大家所認(rèn)識。文章結(jié)合高職學(xué)院3D造型課程教學(xué)，從課程要求、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)以及其在項(xiàng)目教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；3D造型課程；項(xiàng)目教學(xué)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201537196

13D造型課程教學(xué)

3D造型課程屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造（CAD/CAM）類課程，該課程是在學(xué)生學(xué)完必要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課及專業(yè)課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門專業(yè)核心課程，通過該課程所教授的知識及技能，學(xué)生可以掌握利用三維技術(shù)表達(dá)設(shè)計(jì)成果、設(shè)計(jì)理念的技能。

3D造型課程是操作性較強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)課程教學(xué)過程存在教學(xué)方式單一，只講操作軟件命令，忽視情境創(chuàng)設(shè)，制約學(xué)生的創(chuàng)造與思考能力的問題。為此現(xiàn)在多采用項(xiàng)目教學(xué)法，創(chuàng)建一種與實(shí)際工作環(huán)境相近的情境，設(shè)置項(xiàng)目任務(wù)，要求學(xué)生自己親自動手操作，在具體的真實(shí)情境中解決實(shí)際問題。以工作項(xiàng)目為主線，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，在完成項(xiàng)目的過程中，師生共同探討、探索，從而提高自己分析問題和解決問題的能力。

要想開展項(xiàng)目教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的工作情境，確立項(xiàng)目任務(wù)尤為重要。因此，如何能創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，吸引學(xué)生，使他們能夠身臨其境，產(chǎn)生設(shè)計(jì)的沖動和欲望，積極參與到項(xiàng)目教學(xué)中來，就是擺在我們面前的一個亟待解決的問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入為解決這些問題創(chuàng)造了有利的條件。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR），它是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真、人機(jī)接口、多媒體以及傳感技術(shù)發(fā)展而成的一門新技術(shù)。它是基于計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)模擬真實(shí)情景生成的一種人造環(huán)境，它采用模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)和人工智能等多種技術(shù)生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬情景。用戶可以借助必要的裝備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行交互作用、相互影響，從而獲得與親臨等同的真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)特征是沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）、構(gòu)想性（Imagination）。依據(jù)“沉浸性” 程度的高低和交互程度的不同將虛擬現(xiàn)實(shí)系分為沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)和桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)。

沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它提供一個完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種置身于虛擬境界之中的感覺。它利用頭盔式顯示器或其他設(shè)備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、其他手控輸入設(shè)備、聲音等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來，多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)同時參加一個虛擬空間，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，達(dá)到協(xié)同工作的目的，從而將虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用提升到了一個更高的境界。

桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）系統(tǒng)，基本上是一套基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)的參與者是不完全沉浸的，它要求參與者使用標(biāo)準(zhǔn)的顯示器和立體顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)手套和六個自由度的三維空間鼠標(biāo)器，戴上立體眼鏡坐在監(jiān)視器前，在一些專業(yè)軟件的幫助下，可以通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察虛擬境界。由于目前這種虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備投入低、使用技術(shù)難度小，因而較另外三種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用。

增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)，它既允許用戶看到真實(shí)世界，同時也可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對象，這種系統(tǒng)既可減少對構(gòu)成復(fù)雜真實(shí)環(huán)境的計(jì)算，又可對實(shí)際物體進(jìn)行操作，真正達(dá)到亦真亦幻的境界。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高端制造、能源領(lǐng)域、教育科研、國防軍工、建筑藝術(shù)、電子商務(wù)、交互式娛樂、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景，利用它可以進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)、創(chuàng)建多媒體通信、設(shè)計(jì)協(xié)作系統(tǒng)、實(shí)境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)系統(tǒng)等。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于3D造型教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為數(shù)字化技術(shù)的一部分，在高端制造業(yè)應(yīng)用較為廣泛，已成為數(shù)字化工業(yè)制造技術(shù)和生產(chǎn)流水線的重要應(yīng)用環(huán)節(jié)，利用該技術(shù)可優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通過虛擬設(shè)計(jì)與虛擬裝配避免或減少了物理模型的制作，縮短開發(fā)了周期，降低了成本。我院在工業(yè)產(chǎn)品的3D造型課程項(xiàng)目化教學(xué)過程中，通過引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)建了適合項(xiàng)目化教學(xué)的具有真實(shí)工作情境的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)（PCVR）任務(wù)系統(tǒng)，學(xué)生在體驗(yàn)企業(yè)工作環(huán)境的同時，親臨其境地參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)的工作流程，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的教學(xué)效果。通過教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)在通常情況下，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中通過手繪、三維建模等手段來表現(xiàn)出產(chǎn)品的實(shí)際形態(tài)及效果，但往往因?yàn)闊o法直觀的表現(xiàn)出設(shè)計(jì)圖，導(dǎo)致設(shè)計(jì)流程反復(fù)冗長。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)，可以將設(shè)計(jì)思想更好地融于其中，學(xué)生將自己創(chuàng)建的3D模型放入虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)大家都可以看到，學(xué)習(xí)小組成員可以修改討論，教師也可以實(shí)時批改方案并將結(jié)果呈現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，這樣使教師的任務(wù)指導(dǎo)、過程考核以及作業(yè)的批改的效率都有了很大的提高。

在教學(xué)中，往往會因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破空間、時間的限制。通過創(chuàng)建虛擬數(shù)字實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以足不出戶，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會。虛擬實(shí)驗(yàn)室的人機(jī)交互系統(tǒng)，可以很方便地帶領(lǐng)學(xué)生走入虛擬車間，體驗(yàn)工作環(huán)境，利用虛擬裝配系統(tǒng)，完成機(jī)器裝配過程，檢驗(yàn)3D造型中的結(jié)構(gòu)問題，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的裝配缺陷，及時修改零件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所建設(shè)的數(shù)字實(shí)驗(yàn)室，直觀地展示工廠、生產(chǎn)線、產(chǎn)品虛擬樣品以及整個生產(chǎn)過程，項(xiàng)目教學(xué)的任務(wù)產(chǎn)品從初始3D造型設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程的建模、仿真加工、模型裝配到檢驗(yàn)整個的生產(chǎn)周期都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬和仿真，這樣使得課堂教學(xué)更加生動，同時也提高了課堂效率。

另外，在進(jìn)行3D造型課程的考核時，我們利用虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)為學(xué)生提供的3D參考模型，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境下，全方位地觀察模型細(xì)節(jié)，了解模型結(jié)構(gòu)，以完成模型的創(chuàng)建，這樣也解決了實(shí)物模型短缺的問題。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育的不同領(lǐng)域，有不同的應(yīng)用模式，也取得了不同的效果。虛擬教學(xué)的主要優(yōu)點(diǎn)是：教學(xué)內(nèi)容可視化、學(xué)習(xí)中的交互性好、沉浸感真實(shí)感。

利用虛擬技術(shù)模擬難以講解的教學(xué)場景，并使之可視化和交互性，讓學(xué)生在可視化和參與性下能更好地學(xué)習(xí)到相關(guān)技能。目前，盡管虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件設(shè)備還比較昂貴，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚未能普及。但是，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設(shè)備價(jià)格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個新型的教學(xué)媒體，以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦文虎虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)及可視化設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009

[2]劉光然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011

[3]徐慧虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].職成教育研究，2011（6）.

[4]趙士濱，肖鸝虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于職業(yè)技術(shù)教育的研究與實(shí)踐[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（9）.