VR在機(jī)械領(lǐng)域中如何實(shí)現(xiàn)三維虛擬教學(xué)探究

謝宗華，張麗萍，于婷婷

(濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東 青州 262500)

VR在機(jī)械領(lǐng)域中如何實(shí)現(xiàn)三維虛擬教學(xué)探究

謝宗華，張麗萍，于婷婷

(濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東 青州 262500)

現(xiàn)如今風(fēng)靡全球的VR虛擬現(xiàn)實(shí)科技，已經(jīng)滲透到城市規(guī)劃、醫(yī)療科技、機(jī)械制造、影視娛樂、游戲動(dòng)漫等多個(gè)領(lǐng)域中，并且為其提供所需要的方案和規(guī)劃等。有專家預(yù)測(cè)將來的十年內(nèi)，每個(gè)行業(yè)幾乎都會(huì)受到VR科技的影響，而教育培訓(xùn)行業(yè)將會(huì)是重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。文章將對(duì)其在機(jī)械領(lǐng)域中的三維虛擬教學(xué)進(jìn)行探究。

VR虛擬現(xiàn)實(shí)；機(jī)械領(lǐng)域；教學(xué)

1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

所謂VR（Virtual Reality）即虛擬現(xiàn)實(shí)，是在20世紀(jì)80年代時(shí)由Jaron Lanier（美國的VPL公司創(chuàng)始人）提出的，它是一種利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成的可交互的三維環(huán)境沉浸感覺技術(shù)。該技術(shù)的載體是虛擬仿真平臺(tái)，其特點(diǎn)是場(chǎng)景逼真并且可實(shí)現(xiàn)視聽觸覺等多種感官的體驗(yàn)。置身于虛擬環(huán)境中的體驗(yàn)者可以通過佩戴的傳感器設(shè)備與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行交互，從而達(dá)到與其融為一體的程度。通過該技術(shù)使用者可以不受時(shí)間、空間和其他方面的限制，從而感受到在客觀物理世界中無法體驗(yàn)到的經(jīng)歷，如圖1所示。所以說，VR虛擬環(huán)境具有三個(gè)基本特征，分別是沉浸、交互和構(gòu)想。對(duì)于VR虛擬現(xiàn)實(shí)的重要核心部分就是仿真與建模。

圖1 VR使用者體驗(yàn)圖

2 機(jī)械領(lǐng)域中的VR設(shè)計(jì)元素

（1）可用性元素中的用戶界面和用戶體驗(yàn)是VR作為消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的重要部分。簡單而又高效的將高科技傳達(dá)給用戶，并能準(zhǔn)確地捕捉到用戶的意圖是將來發(fā)展的關(guān)鍵。而這些元素在將來會(huì)更多的傾向于實(shí)用性，如各類教育學(xué)習(xí)、各類企業(yè)培訓(xùn)等。眾所周知，機(jī)械領(lǐng)域是世界發(fā)展的核心領(lǐng)域之一，也是VR虛擬科技開發(fā)者重點(diǎn)捕捉的對(duì)象之一。現(xiàn)如今捕捉技術(shù)尚處于發(fā)展階段，但相信隨著意圖捕捉技術(shù)的愈加成熟，VR在機(jī)械領(lǐng)域中的影響力將越來越大。

（2）敘述元素好比是開發(fā)者對(duì)用戶講故事，不僅要引人入勝更要與其產(chǎn)生共鳴，VR在電影中的應(yīng)用便是對(duì)此最好的闡述，如圖2所示。倘若故事的背景換成一臺(tái)教學(xué)設(shè)備，那么VR三維虛擬教學(xué)的原型也就由此產(chǎn)生了。用戶可以身臨其境，不僅可以獲得很強(qiáng)的參與感，還可以從任何角度去觀察教學(xué)設(shè)備。從某種程度上來講，VR為用戶提供了多種素材。而用戶根據(jù)自身的選擇去觀察需要關(guān)注的題材，之后通過VR虛擬科技，用不同于日常的角度去理解和詮釋。

圖2 VR在電影的應(yīng)用

（3）信息呈現(xiàn)元素是開發(fā)者想法和意圖的最終呈現(xiàn)，需要把我們的專業(yè)知識(shí)、技術(shù)圖紙和思維導(dǎo)圖等用到我們的想法、數(shù)據(jù)和抽象概念中去，將現(xiàn)實(shí)世界中很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息，通過一些列的仿真模擬之后，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界中，呈現(xiàn)在我們面前，從而形成一種模擬的教學(xué)環(huán)境。后期所有的教育培訓(xùn)、模擬教學(xué)等都是建立在該元素的基礎(chǔ)之上的。信息呈現(xiàn)元素的水平高低，不僅決定了用戶的認(rèn)可程度，更反映了VR虛擬科技的技術(shù)高度。

3 VR在教學(xué)中的發(fā)展前景

VR最早用于軍事領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)飛行、戰(zhàn)斗的模擬作戰(zhàn)，如圖3所示。但隨著科技的發(fā)展需要，VR在其他行業(yè)里也逐漸的開展起來。其中VR虛擬教學(xué)在職業(yè)教育中便頗有用武之地。設(shè)想一下利用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)模擬一個(gè)三維虛擬的環(huán)境，讓學(xué)生們?nèi)缤幵诠ぷ鲘徫簧汐@得視覺、聽覺、觸覺等多感官的模擬，讓學(xué)生與企業(yè)最先進(jìn)的理念無縫對(duì)接，更好地實(shí)現(xiàn)情景化教學(xué)?，F(xiàn)在的職業(yè)教育已經(jīng)產(chǎn)生了這種需求，其實(shí)用前景十分樂觀。

圖3 VR在軍事領(lǐng)域的模擬

假如在機(jī)械制造領(lǐng)域里，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)被計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)虛擬出來之后，我們便可以在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中自由行走，不受空間、角度的限制，每個(gè)部位的零（部）件都會(huì)清晰的呈現(xiàn)在我們面前。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)、各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作原理，將會(huì)有更真實(shí)的了解。這樣看來VR虛擬環(huán)境的體驗(yàn)對(duì)于教學(xué)起到了非常好的作用，同時(shí)我們也更形象、深刻的理解所學(xué)設(shè)備的運(yùn)行原理。另外，還有一種是虛擬的訓(xùn)練，比如機(jī)械零件安裝、汽車檢測(cè)維修、電子元件組裝等，都將可以利用VR來進(jìn)行培訓(xùn)，如圖4所示。這種教學(xué)效果要比在課堂中的多媒體教學(xué)要好得多。

圖4 VR虛擬培訓(xùn)

4 結(jié)語

傳統(tǒng)教學(xué)模式下的實(shí)踐教學(xué)，需要購置相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施。對(duì)于一些技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備價(jià)格又比較昂貴。并且科技還在不斷發(fā)展，技術(shù)還在不斷更新，教學(xué)上想要與時(shí)代接軌就必須不斷更新教學(xué)設(shè)施，淘汰下來的舊設(shè)備大部分又會(huì)被閑置，這樣就導(dǎo)致了教學(xué)資源上的浪費(fèi)。而VR虛擬教學(xué)則很好地解決了這一方面的難題。

雖然VR虛擬現(xiàn)實(shí)是一種劃時(shí)代的革命性的媒體技術(shù)改革，它能夠?yàn)榻虒W(xué)帶來高品質(zhì)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，具有標(biāo)志性的意義。但是現(xiàn)如今VR處于發(fā)展的前期階段，資源還不夠豐富，設(shè)備還不夠完善，尤其是在教育培訓(xùn)領(lǐng)域的資源還比較欠缺，而且各個(gè)應(yīng)用之間的兼容性還有待提高。但相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，VR在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)更加普及，在教育培訓(xùn)中的地位會(huì)不斷提高。

Exploration on Realization of the 3D Virtualteaching of VR in the M echanical Field

XIE Zong-hua，ZHANG Li-ping，YU Ting-ting
（Weifang Engineering Vocational College，Qingzhou，Shandong 262500，China）

Atpresent，the fashionableVR virtual reality technologyhas already infiltrated the city planning，medical science and technology，machinery manufacturing，film and television entertainment，games，animation，and other fields，and provided the needed plans and planning etc.Some experts predict that almost every industry will be affected by the VR technology in decades and education and training industry will be the key application fields.This articles explores the 3D virtualteaching of VR in theMechanical field.

VR virtual reality；mechanical field；teaching

TP391.9

A

2095-980X(2016)08-0111-02

2016-07-01

謝宗華，男，山東青州人，助教，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。