虛擬現實軟件在煤礦機電專業課程教學中的應用

李智

摘 要：虛擬現實技術能夠對設備和場景進行重建，使用虛擬現實技術對機電專業課程進行開發，能夠達到良好的教學效果。同時，虛擬現實技術也可以應用在采煤、化工、地質等專業的教學中，替代部分現場教學過程。

關鍵詞：虛擬現實教學 煤礦機電 虛擬實訓

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

煤礦類教育教學中存在諸多難題，其中表現最為突出的是現場教學。由于煤礦條件復雜且要求嚴格，要大批進行實地現場教學難度非常大，不能保證安全，尤其體現在采煤、井下地質構造、機電設備類課程的教學中。近幾年來，煤礦機電設備發展迅速，傳統的教學方法、方式已不能滿足實際教學要求。虛擬現實軟件在此提供了有力的補充，它可將現實的場景及設備按比例進行建模，利用計算機來模擬設備運行，實時對設備進行虛擬操作，已達到良好的學習效果。

2 《煤礦運輸提升設備》虛擬現實教學開發

虛擬現實教學也叫計算機模擬教學，它利用計算機和其他專用虛擬現實硬件、軟件模擬一個逼真的環境，通過參與者與“模擬環境”的交互作用來進行教學與學習，是一種雙向交互式教與學的教學形式。它不僅適用于課堂教學，使課堂教學更加形象和生動，也適用于互動性實驗實訓教學中。虛擬現實軟件在大型游戲的開發中使用非常廣泛，操作者可以進入虛擬世界與其互動。在煤礦機電專業教學中也可以對整個礦井所有設備及整個系統進行虛擬，讓初學者能夠身臨其境地進入到礦井現場進行學習，了解整個礦井所有組成系統的作用和具體崗位職責，模擬進行實訓操作以達到預期教學目的。

2.1 理論教學環節開發

設備類課程的理論教學主要講的是設備結構及其原理，這就需要能夠直觀看到設備本身，其現場教學效果也遠遠好于課堂教學，在課堂教學受到限制的情況下，虛擬現實軟件就顯得尤為重要。虛擬現實的第一步是建模，對設備進行建模的方法很多，可以采用常見的建模軟件，如Pro-e、UG、Catia、SoiledWorks等工具進行建模。以上四種軟件均為機電設備常用建模軟件，這些軟件可以準確地對設備所有零件進行數字化建模并組裝，還可以計算每個零件之間的干涉情況，更真實地反應設備實際裝配情況，用3DS Max進行著色或貼圖后，預覽可得到逼真的立體效果。其他非機械類課程也可以直接使用3DS Max進行建模。最后，把所得到的模型數據導入虛擬現實軟件Qutes3D中進行整合，并且添加必要的物理及邏輯關系，實現機電設備的虛擬和互動。以下為液力耦合器教學開發過程。

利用Pro-e進行建模：首先在軟件內通過草繪、拉伸、旋轉、掃描等工具，根據零件具體尺寸建立零件模型，如圖1所示。然后新建“組件”模塊，把所有已經建模零件根據其裝配關系進行模擬裝配，如圖2所示。最后把組件模塊另存為stl格式文件（用三角網格來表現3D模型的文件）以便于把模型能夠導入3DS Max內進行處理。

利用3DS Max進行著色或貼圖，也可以建立一些沒有尺寸要求的模型，如果需要場景也可以在3DS Max內實現。最終把所有模型和場景都要另存為x格式文件（記錄模型頂點數據和連線情況的文件），這樣就可以把數據導入到Quets3D內進行組合、模擬、互動。

使用Quest3D實現模型場景重建，軟件內部本身自建了許多模塊，如場景Scene、物體Objects、邏輯Logic、變量Variables、動畫Animation、聲音Sound、物理仿真Physics，只需要直接拖動并連接實現邏輯關系就能夠得到預期的效果。本例通過軟件渲染出液力耦合器的3D模型，通過人機交互可以對液力耦合器進行拆卸和安裝、外殼變為半透明、模擬內部零件工作時的旋轉運動，并在整個過程中通過操作鼠標實現視角的變換，全方位直觀的展現液力耦合器的結構及工作原理。如圖3所示。

在液力耦合器結構原理的教學中，經統計通過傳統教學班級中認真聽課人數占比約為85%，10分鐘后約為60%；虛擬現實教學利用計算機建模，通過模擬拆解可以清晰地看清楚其結構組成和工作過程，并在操作過程中進行講解，班級中認真聽課人數占比達到95%以上，10分鐘后仍然在85%以上，可以看出利用虛擬現實技術在設備類課程的教學中，教學效果及學生持續認真聽課時間都遠遠好于傳統教學。

2.2 實訓教學環節

調度絞車拆裝操作實訓，是《煤礦運輸提升設備》課程當中非常重要的實訓環節，實訓內容包括調度絞車拆卸和安裝、磁力啟動器與絞車的接線、絞車運轉操作，一次實訓需要三小時左右。學生直接進行操作實訓，完成任務難度很大，設備也容易在不斷地拆卸安裝過程中出現故障，且實訓設備數量有限，不可能同時滿足全班同時進行實訓，通過虛擬現實技術可以解決以上問題。虛擬現實軟件可以重現拆卸和安裝步驟，先讓學生熟悉實訓操作過程，再通過軟件的人機交互功能，模擬進行拆卸安裝，合格后再進行實際操作。提高了學習效率、降低了設備使用頻率、延長了設備的使用時間。

3 結語

通過完成虛擬現實軟件對《煤礦運輸提升設備》課程開發，可以看出虛擬現實教學可以彌補課堂內的不足，能夠充分調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，在培養學生技能的實訓教學環節也起到積極的作用。同時虛擬現實軟件也適用模擬較危險的生產現場，如采煤、化工等專業，彌補其現場教學的不足。

（陜西能源職業技術學院機電工程系，陜西 咸陽 712000）

參考文獻：

[1]姬洪強.淺談虛擬現實技術在學科教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2008（3）.endprint

摘 要：虛擬現實技術能夠對設備和場景進行重建，使用虛擬現實技術對機電專業課程進行開發，能夠達到良好的教學效果。同時，虛擬現實技術也可以應用在采煤、化工、地質等專業的教學中，替代部分現場教學過程。

關鍵詞：虛擬現實教學 煤礦機電 虛擬實訓

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

煤礦類教育教學中存在諸多難題，其中表現最為突出的是現場教學。由于煤礦條件復雜且要求嚴格，要大批進行實地現場教學難度非常大，不能保證安全，尤其體現在采煤、井下地質構造、機電設備類課程的教學中。近幾年來，煤礦機電設備發展迅速，傳統的教學方法、方式已不能滿足實際教學要求。虛擬現實軟件在此提供了有力的補充，它可將現實的場景及設備按比例進行建模，利用計算機來模擬設備運行，實時對設備進行虛擬操作，已達到良好的學習效果。

2 《煤礦運輸提升設備》虛擬現實教學開發

虛擬現實教學也叫計算機模擬教學，它利用計算機和其他專用虛擬現實硬件、軟件模擬一個逼真的環境，通過參與者與“模擬環境”的交互作用來進行教學與學習，是一種雙向交互式教與學的教學形式。它不僅適用于課堂教學，使課堂教學更加形象和生動，也適用于互動性實驗實訓教學中。虛擬現實軟件在大型游戲的開發中使用非常廣泛，操作者可以進入虛擬世界與其互動。在煤礦機電專業教學中也可以對整個礦井所有設備及整個系統進行虛擬，讓初學者能夠身臨其境地進入到礦井現場進行學習，了解整個礦井所有組成系統的作用和具體崗位職責，模擬進行實訓操作以達到預期教學目的。

2.1 理論教學環節開發

設備類課程的理論教學主要講的是設備結構及其原理，這就需要能夠直觀看到設備本身，其現場教學效果也遠遠好于課堂教學，在課堂教學受到限制的情況下，虛擬現實軟件就顯得尤為重要。虛擬現實的第一步是建模，對設備進行建模的方法很多，可以采用常見的建模軟件，如Pro-e、UG、Catia、SoiledWorks等工具進行建模。以上四種軟件均為機電設備常用建模軟件，這些軟件可以準確地對設備所有零件進行數字化建模并組裝，還可以計算每個零件之間的干涉情況，更真實地反應設備實際裝配情況，用3DS Max進行著色或貼圖后，預覽可得到逼真的立體效果。其他非機械類課程也可以直接使用3DS Max進行建模。最后，把所得到的模型數據導入虛擬現實軟件Qutes3D中進行整合，并且添加必要的物理及邏輯關系，實現機電設備的虛擬和互動。以下為液力耦合器教學開發過程。

利用Pro-e進行建模：首先在軟件內通過草繪、拉伸、旋轉、掃描等工具，根據零件具體尺寸建立零件模型，如圖1所示。然后新建“組件”模塊，把所有已經建模零件根據其裝配關系進行模擬裝配，如圖2所示。最后把組件模塊另存為stl格式文件（用三角網格來表現3D模型的文件）以便于把模型能夠導入3DS Max內進行處理。

利用3DS Max進行著色或貼圖，也可以建立一些沒有尺寸要求的模型，如果需要場景也可以在3DS Max內實現。最終把所有模型和場景都要另存為x格式文件（記錄模型頂點數據和連線情況的文件），這樣就可以把數據導入到Quets3D內進行組合、模擬、互動。

使用Quest3D實現模型場景重建，軟件內部本身自建了許多模塊，如場景Scene、物體Objects、邏輯Logic、變量Variables、動畫Animation、聲音Sound、物理仿真Physics，只需要直接拖動并連接實現邏輯關系就能夠得到預期的效果。本例通過軟件渲染出液力耦合器的3D模型，通過人機交互可以對液力耦合器進行拆卸和安裝、外殼變為半透明、模擬內部零件工作時的旋轉運動，并在整個過程中通過操作鼠標實現視角的變換，全方位直觀的展現液力耦合器的結構及工作原理。如圖3所示。

在液力耦合器結構原理的教學中，經統計通過傳統教學班級中認真聽課人數占比約為85%，10分鐘后約為60%；虛擬現實教學利用計算機建模，通過模擬拆解可以清晰地看清楚其結構組成和工作過程，并在操作過程中進行講解，班級中認真聽課人數占比達到95%以上，10分鐘后仍然在85%以上，可以看出利用虛擬現實技術在設備類課程的教學中，教學效果及學生持續認真聽課時間都遠遠好于傳統教學。

2.2 實訓教學環節

調度絞車拆裝操作實訓，是《煤礦運輸提升設備》課程當中非常重要的實訓環節，實訓內容包括調度絞車拆卸和安裝、磁力啟動器與絞車的接線、絞車運轉操作，一次實訓需要三小時左右。學生直接進行操作實訓，完成任務難度很大，設備也容易在不斷地拆卸安裝過程中出現故障，且實訓設備數量有限，不可能同時滿足全班同時進行實訓，通過虛擬現實技術可以解決以上問題。虛擬現實軟件可以重現拆卸和安裝步驟，先讓學生熟悉實訓操作過程，再通過軟件的人機交互功能，模擬進行拆卸安裝，合格后再進行實際操作。提高了學習效率、降低了設備使用頻率、延長了設備的使用時間。

3 結語

通過完成虛擬現實軟件對《煤礦運輸提升設備》課程開發，可以看出虛擬現實教學可以彌補課堂內的不足，能夠充分調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，在培養學生技能的實訓教學環節也起到積極的作用。同時虛擬現實軟件也適用模擬較危險的生產現場，如采煤、化工等專業，彌補其現場教學的不足。

（陜西能源職業技術學院機電工程系，陜西 咸陽 712000）

參考文獻：

[1]姬洪強.淺談虛擬現實技術在學科教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2008（3）.endprint

摘 要：虛擬現實技術能夠對設備和場景進行重建，使用虛擬現實技術對機電專業課程進行開發，能夠達到良好的教學效果。同時，虛擬現實技術也可以應用在采煤、化工、地質等專業的教學中，替代部分現場教學過程。

關鍵詞：虛擬現實教學 煤礦機電 虛擬實訓

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

煤礦類教育教學中存在諸多難題，其中表現最為突出的是現場教學。由于煤礦條件復雜且要求嚴格，要大批進行實地現場教學難度非常大，不能保證安全，尤其體現在采煤、井下地質構造、機電設備類課程的教學中。近幾年來，煤礦機電設備發展迅速，傳統的教學方法、方式已不能滿足實際教學要求。虛擬現實軟件在此提供了有力的補充，它可將現實的場景及設備按比例進行建模，利用計算機來模擬設備運行，實時對設備進行虛擬操作，已達到良好的學習效果。

2 《煤礦運輸提升設備》虛擬現實教學開發

虛擬現實教學也叫計算機模擬教學，它利用計算機和其他專用虛擬現實硬件、軟件模擬一個逼真的環境，通過參與者與“模擬環境”的交互作用來進行教學與學習，是一種雙向交互式教與學的教學形式。它不僅適用于課堂教學，使課堂教學更加形象和生動，也適用于互動性實驗實訓教學中。虛擬現實軟件在大型游戲的開發中使用非常廣泛，操作者可以進入虛擬世界與其互動。在煤礦機電專業教學中也可以對整個礦井所有設備及整個系統進行虛擬，讓初學者能夠身臨其境地進入到礦井現場進行學習，了解整個礦井所有組成系統的作用和具體崗位職責，模擬進行實訓操作以達到預期教學目的。

2.1 理論教學環節開發

設備類課程的理論教學主要講的是設備結構及其原理，這就需要能夠直觀看到設備本身，其現場教學效果也遠遠好于課堂教學，在課堂教學受到限制的情況下，虛擬現實軟件就顯得尤為重要。虛擬現實的第一步是建模，對設備進行建模的方法很多，可以采用常見的建模軟件，如Pro-e、UG、Catia、SoiledWorks等工具進行建模。以上四種軟件均為機電設備常用建模軟件，這些軟件可以準確地對設備所有零件進行數字化建模并組裝，還可以計算每個零件之間的干涉情況，更真實地反應設備實際裝配情況，用3DS Max進行著色或貼圖后，預覽可得到逼真的立體效果。其他非機械類課程也可以直接使用3DS Max進行建模。最后，把所得到的模型數據導入虛擬現實軟件Qutes3D中進行整合，并且添加必要的物理及邏輯關系，實現機電設備的虛擬和互動。以下為液力耦合器教學開發過程。

利用Pro-e進行建模：首先在軟件內通過草繪、拉伸、旋轉、掃描等工具，根據零件具體尺寸建立零件模型，如圖1所示。然后新建“組件”模塊，把所有已經建模零件根據其裝配關系進行模擬裝配，如圖2所示。最后把組件模塊另存為stl格式文件（用三角網格來表現3D模型的文件）以便于把模型能夠導入3DS Max內進行處理。

利用3DS Max進行著色或貼圖，也可以建立一些沒有尺寸要求的模型，如果需要場景也可以在3DS Max內實現。最終把所有模型和場景都要另存為x格式文件（記錄模型頂點數據和連線情況的文件），這樣就可以把數據導入到Quets3D內進行組合、模擬、互動。

使用Quest3D實現模型場景重建，軟件內部本身自建了許多模塊，如場景Scene、物體Objects、邏輯Logic、變量Variables、動畫Animation、聲音Sound、物理仿真Physics，只需要直接拖動并連接實現邏輯關系就能夠得到預期的效果。本例通過軟件渲染出液力耦合器的3D模型，通過人機交互可以對液力耦合器進行拆卸和安裝、外殼變為半透明、模擬內部零件工作時的旋轉運動，并在整個過程中通過操作鼠標實現視角的變換，全方位直觀的展現液力耦合器的結構及工作原理。如圖3所示。

在液力耦合器結構原理的教學中，經統計通過傳統教學班級中認真聽課人數占比約為85%，10分鐘后約為60%；虛擬現實教學利用計算機建模，通過模擬拆解可以清晰地看清楚其結構組成和工作過程，并在操作過程中進行講解，班級中認真聽課人數占比達到95%以上，10分鐘后仍然在85%以上，可以看出利用虛擬現實技術在設備類課程的教學中，教學效果及學生持續認真聽課時間都遠遠好于傳統教學。

2.2 實訓教學環節

調度絞車拆裝操作實訓，是《煤礦運輸提升設備》課程當中非常重要的實訓環節，實訓內容包括調度絞車拆卸和安裝、磁力啟動器與絞車的接線、絞車運轉操作，一次實訓需要三小時左右。學生直接進行操作實訓，完成任務難度很大，設備也容易在不斷地拆卸安裝過程中出現故障，且實訓設備數量有限，不可能同時滿足全班同時進行實訓，通過虛擬現實技術可以解決以上問題。虛擬現實軟件可以重現拆卸和安裝步驟，先讓學生熟悉實訓操作過程，再通過軟件的人機交互功能，模擬進行拆卸安裝，合格后再進行實際操作。提高了學習效率、降低了設備使用頻率、延長了設備的使用時間。

3 結語

通過完成虛擬現實軟件對《煤礦運輸提升設備》課程開發，可以看出虛擬現實教學可以彌補課堂內的不足，能夠充分調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，在培養學生技能的實訓教學環節也起到積極的作用。同時虛擬現實軟件也適用模擬較危險的生產現場，如采煤、化工等專業，彌補其現場教學的不足。

（陜西能源職業技術學院機電工程系，陜西 咸陽 712000）

參考文獻：

[1]姬洪強.淺談虛擬現實技術在學科教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2008（3）.endprint