虛擬現(xiàn)實技術在3d造型課程教學上的應用

1、<p>　　虛擬現(xiàn)實技術在3D造型課程教學上的應用</p><p>　　[摘要]隨著信息化技術的快速發(fā)展，新的教學手段不斷涌現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術作為一種新型的教學媒體，正在為大家所認識。文章結合高職學院3D造型課程教學，從課程要求、虛擬現(xiàn)實技術特點以及其在項目教學的應用進行了初步探討。 </p><p>　　[關鍵詞]虛擬現(xiàn)實技術；3D造型課程；項目教學 </p>&l

2、t;p>　　[DOI]1013939/jcnkizgsc201537196 </p><p>　　13D造型課程教學 </p><p>　　3D造型課程屬于計算機輔助設計與輔助制造（CAD/CAM）類課程，該課程是在學生學完必要的專業(yè)技術基礎課及專業(yè)課程的基礎上開設的一門專業(yè)核心課程，通過該課程所教授的知識及技能，學生可以掌握利用三維技術表達設計成果、設計理念的技能。 </p&

3、gt;<p>　　3D造型課程是操作性較強的課程，傳統(tǒng)課程教學過程存在教學方式單一，只講操作軟件命令，忽視情境創(chuàng)設，制約學生的創(chuàng)造與思考能力的問題。為此現(xiàn)在多采用項目教學法，創(chuàng)建一種與實際工作環(huán)境相近的情境，設置項目任務，要求學生自己親自動手操作，在具體的真實情境中解決實際問題。以工作項目為主線，學生為主體，教師為主導，在完成項目的過程中，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。 </p>

4、<p>　　要想開展項目教學，創(chuàng)設真實的工作情境，確立項目任務尤為重要。因此，如何能創(chuàng)設真實的情境，吸引學生，使他們能夠身臨其境，產(chǎn)生設計的沖動和欲望，積極參與到項目教學中來，就是擺在我們面前的一個亟待解決的問題。虛擬現(xiàn)實技術的引入為解決這些問題創(chuàng)造了有利的條件。 </p><p>　　2虛擬現(xiàn)實技術簡介 </p><p>　　虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR），它

5、是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術是結合了計算機圖形學、計算機仿真、人機接口、多媒體以及傳感技術發(fā)展而成的一門新技術。它是基于計算機相關技術模擬真實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)境中的物體進行交互作用、相互影響，從而獲得與親臨等同的真實環(huán)境的感受和體驗。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的技術特征是沉浸性（Im

6、mersion）、交互性（Interaction）、構想性（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)實系分為沉浸式虛擬現(xiàn)實、分布式虛擬現(xiàn)實和桌面式虛擬現(xiàn)實以及增強現(xiàn)實性虛擬現(xiàn)實。 </p><p>　　沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是一種高級的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，它提供一個完全沉浸的體驗，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備，把參與者的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，

7、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。 </p><p>　　分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用遠程網(wǎng)絡，將異地的不同用戶聯(lián)結起來，多個用戶通過網(wǎng)絡同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經(jīng)歷，對同一虛擬世界進行觀察和操作，達到協(xié)同工作的目的，從而將虛擬現(xiàn)實的應用提升到了一個更高的境界。 </p><p>

8、　　桌面虛擬現(xiàn)實（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)實系統(tǒng)。桌面虛擬現(xiàn)實的參與者是不完全沉浸的，它要求參與者使用標準的顯示器和立體顯示設備，數(shù)據(jù)手套和六個自由度的三維空間鼠標器，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，可以通過計算機屏幕觀察虛擬境界。由于目前這種虛擬現(xiàn)實的設備投入低、使用技術難度小，因而較另外三種虛擬現(xiàn)實技術得到了更廣泛的應用。 </p><p>　　增強式虛擬

9、現(xiàn)實系統(tǒng)是把真實環(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世界，同時也可以看到疊加在真實世界的虛擬對象，這種系統(tǒng)既可減少對構成復雜真實環(huán)境的計算，又可對實際物體進行操作，真正達到亦真亦幻的境界。 </p><p>　　虛擬現(xiàn)實技術在高端制造、能源領域、教育科研、國防軍工、建筑藝術、電子商務、交互式娛樂、遠程醫(yī)療等領域都有著極其廣泛的應用前景，利用它可以進行工業(yè)產(chǎn)品虛擬設計、創(chuàng)建多媒體通信、設計協(xié)作系

10、統(tǒng)、實境式電子商務、網(wǎng)絡游戲、虛擬社區(qū)系統(tǒng)等。 </p><p>　　3虛擬現(xiàn)實技術應用于3D造型教學 </p><p>　　虛擬現(xiàn)實技術作為數(shù)字化技術的一部分，在高端制造業(yè)應用較為廣泛，已成為數(shù)字化工業(yè)制造技術和生產(chǎn)流水線的重要應用環(huán)節(jié)，利用該技術可優(yōu)化產(chǎn)品設計，通過虛擬設計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造型課程項目化教學過程中，通

11、過引入虛擬現(xiàn)實技術，創(chuàng)建了適合項目化教學的具有真實工作情境的桌面虛擬現(xiàn)實（PCVR）任務系統(tǒng)，學生在體驗企業(yè)工作環(huán)境的同時，親臨其境地參與項目設計的工作流程，激發(fā)了學習熱情，提高了學習興趣，取得了很好的教學效果。通過教學實踐，我們發(fā)現(xiàn)在通常情況下，學生在設計過程中通過手繪、三維建模等手段來表現(xiàn)出產(chǎn)品的實際形態(tài)及效果，但往往因為無法直觀的表現(xiàn)出設計圖，導致設計流程反復冗長。運用虛擬現(xiàn)實技術教學系統(tǒng)，可以將設計思想更好地融于其中，學生將自己

12、創(chuàng)建的3D模型放入虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡大家都可以看到，學習小組成員可以修改討論，教師也可以實時批改方案并將結果呈現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，這樣使教師的任務指導、過程考核以及作業(yè)的批改的效率都有了很大的提高。 </p><p>　　在教學中，往往會因為實驗設備、實驗場地、教學經(jīng)費等方面的原因，而使一些應該開設的教學實驗無法進行。利用虛擬現(xiàn)實技術，可以徹底打破空間、時間的限制。通過創(chuàng)建虛擬數(shù)字實驗室，學生可以足不出戶，獲

13、得與真實實驗一樣的體會。虛擬實驗室的人機交互系統(tǒng)，可以很方便地帶領學生走入虛擬車間，體驗工作環(huán)境，利用虛擬裝配系統(tǒng)，完成機器裝配過程，檢驗3D造型中的結構問題，發(fā)現(xiàn)設計中的裝配缺陷，及時修改零件機構設計。 </p><p>　　通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所建設的數(shù)字實驗室，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，項目教學的任務產(chǎn)品從初始3D造型設計、生產(chǎn)過程的建模、仿真加工、模型裝配到檢驗整個的生產(chǎn)周期都在計

14、算機上進行模擬和仿真，這樣使得課堂教學更加生動，同時也提高了課堂效率。 </p><p>　　另外，在進行3D造型課程的考核時，我們利用虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)為學生提供的3D參考模型，學生可以在虛擬環(huán)境下，全方位地觀察模型細節(jié)，了解模型結構，以完成模型的創(chuàng)建，這樣也解決了實物模型短缺的問題。 </p><p>　　虛擬現(xiàn)實技術與多媒體、網(wǎng)絡技術并稱為三大前景最好的計算機技術。虛擬現(xiàn)實應用于教育的

15、不同領域，有不同的應用模式，也取得了不同的效果。虛擬教學的主要優(yōu)點是：教學內(nèi)容可視化、學習中的交互性好、沉浸感真實感。 </p><p>　　利用虛擬技術模擬難以講解的教學場景，并使之可視化和交互性，讓學生在可視化和參與性下能更好地學習到相關技能。目前，盡管虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設備還比較昂貴，虛擬現(xiàn)實技術尚未能普及。但是，隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和完善，以及硬件設備價格的不斷降低，我們相信，虛擬現(xiàn)實技術作為一個新

16、型的教學媒體，以其自身強大的教學優(yōu)勢和潛力，將會逐漸受到教育工作者的重視和青睞，在教育領域廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]秦文虎虛擬現(xiàn)實基礎及可視化設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[2]劉光然虛擬現(xiàn)實技術[M].北京：清華大學出版社，20