虛擬仿真技術在工業設計綜合實驗中的應用探索

王琛 于嘉浩 訾然 陸雪億

摘 要：隨著信息技術的快速發展，虛擬仿真技術在教學領域已經有了廣泛的應用。本文探索了虛擬仿真技術在工業設計綜合實驗中的應用，分析了在工業設計綜合實驗中引入虛擬仿真技術的必要性以及運用虛擬仿真的具體優勢和意義，旨在對工業設計實驗教學的改進的提供一定的幫助。

關鍵詞：虛擬仿真;工業設計;綜合實驗

0 引言

虛擬仿真實驗是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物，[1]主要依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡系統等技術，構建出高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，使學生可以在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱要求的教學效果。[2]

工業設計綜合實驗是工業設計專業重要的實驗實訓課。主要圍繞具體產品或項目，開展研究、實驗與設計等活動，實踐性極強，[3]是對專業基礎課、專業課的綜合訓練，是提高學生綜合實踐能力、促進理論聯系實際的重要環節。[4]學生通過系列課程的訓練，進一步提高了對產品設計流程和創新方法的理解，加強了設計與生產制造的銜接，培養出較強的設計實踐能力。

1 虛擬實驗的迫切性分析

1.1 實驗條件受限

工業設計綜合實驗是工業設計專業的必修課，開設班級眾多，給實驗教學的安排帶來了巨大的壓力。一方面，開課班級多導致實驗教學設備使用緊張。如果班級每位學生都進行實驗操作，則實驗設備安排不過來;如果選擇分組實驗，則無法保證所有學生參與到實驗操作中，實驗效果不理想。另一方面，實驗場地也存在諸多限制，實驗場地面積有限。難以容納所有學生同時進行實驗，只能分批進行，影響了實驗教學的效果。

1.2 實驗成本高昂

工業設計綜合實驗中部分實驗成本高昂。以3D打印快速成型實驗為例，現有3D打印技術中如立體光固化、選擇性激光燒結等工藝的材料成本和設備成本均很高昂。其中立體光固化工藝中的光敏樹脂材料平均價格為每克2～10元。當模型重量增加時，實驗成本也隨之增加，學生往往難以承受。選擇性激光燒結工藝更是以小時計算實驗成本，包括后期設備的維護和保養，疊加起來，成本高昂，從而限制了實驗教學工作的開展。

1.3 實驗的安全性

工業設計綜合實驗中部分實驗具有一定的危險性。以數控雕刻實驗為例，數控雕刻對實驗操作的安全性要求極高。由于數控雕刻機的主軸轉速較快，如果裝卡刀具或裝夾試件時沒有緊密固定，極有可能產生危險，造成不可挽回的后果。因此，從安全角度出發，虛擬仿真技術在工業設計綜合實驗中的應用勢在必行。

2 運用虛擬仿真的具體優勢和意義

2.1 構建以學生為中心、自主學習的訓練模式

探索基于網絡平臺的開放式虛擬仿真實驗平臺，旨在突破時間和空間的限制，實現以學生為中心、自主學習為基礎的線上線下相結合的訓練模式，有重要的現實意義。[5]學生可以根據自己的時間安排，利用網絡資源自由地開展主動學習。通過虛擬實驗，學生可以在安全的環境下體驗完整的實驗流程，掌握具體實驗過程中相關設備的操作規程，從而變教師主導為學生自主，變機械式完成為研究、探索和合作完成的新模式。

2.2 開展以項目為引領、探究式的教學模式

傳統的實驗教學體現在綜合實驗課程中只是對單一設備的學習和認知。虛擬仿真實驗是以項目為引領的教學模式。該模式通過項目引導，學生在完成具體項目時，要不斷解決實驗過程中出現的問題，才能達到最終的實驗要求。對于學生解決的每個問題，虛擬仿真系統都進行考核和反饋。這種教學模式有助于激發學生的學習興趣，挖掘學生的創新潛能，培養主動探索精神和學習熱情，提高學生的工程素養。

2.3 運用先進技術，實現“理實融合”的學習效果

虛擬仿真實驗具體項目設計中，既有理論知識，又包含了實驗操作，創造了一個理論和實踐相融合的學習環境。通過VR等先進技術的引入，可以對理論知識中較為抽象的、難以理解的知識點進行生動的演示，補充理論教育的不足，[6]激發學生的興趣和求知欲。這樣既有利于幫助學生理解、掌握和運用理論知識，又有利于培養學生觀察思考與動手操作的能力。

3 結語

本文探索了虛擬仿真技術在工業設計綜合實驗中的應用，分析了工業設計綜合實驗中引入虛擬仿真技術的必要性以及運用虛擬仿真的具體優勢和意義。虛擬仿真技術在工業設計綜合實驗中的應用，可以激發學生的學習興趣，挖掘學生的探索精神，提高學生的工程素養水平，在訓練基礎技能的基礎上，培養出具有創新能力的復合型人才。

參考文獻：

[1] 王琛，于嘉浩，陸紅紅，蔣雨婷.基于快速成型技術的中國古典家具模型制作工藝研究[J].家具，2018，39（6）：40-44.

[2] 郁舒蘭，施佳露，于娜，吳成.交互式老年人手指握力康復產品設計[J].家具，2019，41（2）：84-88.

[3] 王子軒，吳智慧.辦公環境中建筑與家具的文化體現[J].家具，2019，41（2）：41-45.

[4] 周季純，吳燕.圈椅的起源與發展[J].家具，2019，41（2）：62-65.

[5] 高玲玲，徐偉.縮短有限定制沙發平均生產周期的方法研究[J].家具，2019，41（2）：13-17.

[6] 姚月姝，祁憶青，王丹.冬季室內有害揮發物釋放特征及防治措施[J].家具，2018，39（2）：11-14+23.

作者簡介：王琛，男，南京林業大學家居與工業設計學院實驗師，主要研究方向：工業設計工程。