VR技術在“機械制圖”教學中的應用

譚文平

(湖南涉外經濟學院，湖南 長沙 410205)

1 VR技術的特點

VR技術通過計算機與傳感器實現了人機交互，使用者可以在虛擬的世界中感受到各類表述對象，通過身體感知來達到身臨其境的效果，發揮想象空間。當前，科技發展日新月異，VR技術的應用給人們的生活帶來了諸多便利，虛擬和現實的結合也讓人們有了更加真切的體驗，VR系統包括硬件、軟件組成，硬件涵蓋計算機設備與前端輸入、終端輸出設備，軟件則包括數據庫、應用軟件等。VR系統的中樞屬于計算機，畫面形成、虛擬仿真環境都需要借助計算機這一載體來實現，而交互眼鏡、頭盔、數據傳感器則是輸入輸出設備，各類信息都存儲于數據庫中，立體動畫、虛擬仿真世界是借助應用軟件來生成。目前，VR技術已經在生活的各個領域中得到了廣泛應用，如電影院中的3D電影就是VR技術的常見應用。VR技術在機械制圖教學中的應用益處非常大，教師可以利用VR技術來畫出模型、掛圖，讓學生產生直觀感受，也讓學生知曉立體物體是如何利用投影原理來轉化為平面圖形的，VR技術可以將真實的情景展現在學生眼前，并將平面圖形轉化為立體圖形，幫助學生更好地思考、練習，提升其制圖能力。利用APP，學生可以通過旋轉手機、觸摸手機屏幕的方式來對圖形放大、縮小，從多個視角觀察圖形，不僅能夠幫助學生快捷地制圖，還能夠顯著鍛煉學生的各項能力。

2 VR技術在“機械制圖”教學中的應用

2.1 開發工具與APP設置

VR技術應用的是計算機視覺技術，能夠及時識別、跟蹤平面圖形與簡單的3D圖形。在應用環節，首先要讓學生利用計算機技術得到真實物體展示，利用手機攝像頭圖像與視頻對獲取的圖像和視頻進行信息篩選，利用程序分析和定期檢測生成虛擬圖，將實物與虛擬物品結合，在相關的移動設備中展現出來。找到匹配圖像后，平臺即可對圖像進行三維處理，制作出虛擬立體圖形，再將虛擬立體圖形與現實物品疊加，展示給學生。目前，虛擬現實技術已經在各個社會領域中得到了廣泛應用，關于VR技術在機械制圖教學中的應用，最為常見的就是機械制圖輔助教學APP，經過實踐顯示，這一APP的應用為教師的教學提供了極大的方便，也為學生的學習、制圖提供了生動、直觀的學習方法，顯著提升了學生的學習興趣，讓學生積極、主動地參與學習，彌補了傳統教學資源和實物教具上的限制，提高了教學效率。

2.2 VR技術在組合體構型中的應用

近年來，各個出版社都在機械制圖教材中增加了VR資源，上述資源均是免費、公開的，在難以及時更換教材的情況下，教師可以通過不同的渠道來獲取教材，將其中帶有組合VR資源的內容掃描為電子圖紙，在預習環節，為學生發放，引導學生下載，這樣，學生即可利用碎片化時間來完成課前預習。在課堂上，通過手機掃描，可以清晰展現出組合體中的二維圖形，并將其轉化為三維圖形，還可以對建立的模型進行旋轉、移動和縮放，這就有效解決了傳統平面圖紙只能展現二維內容的局限性。在課前預習中，學生對組合體有了更多認識，在課中授課時，教師再予以針對性的指導和講解，學生就更易聽懂，有效提升了教學效率。同時，利用VR技術對組合體進行虛擬拆裝，讓學生對組合體的構型有更加深入的理解，學生可以通過APP下載相關文件到自己電腦上體驗、學習，時間可以自行安排，這種方式更加新奇，學生的感悟也更加深刻，不會受到時間和地點的限制。

2.3 在剖視圖表達中的應用

在機械制圖教學中，剖視圖畫法是一個非常具有難度的問題，要畫出剖視圖，學生要對組合體產生完全理解。在這一情況下，即可將VR技術作為第三方平臺，提前上傳制作好的三維數字模型，展示為web3D模型，利用在線共享分享給學生，學生可以很方便地瀏覽，任意切割，并觀看到完整截面。在授課時，教師要對其中的燈光、紋理、操作、陰影等進行科學設置，生成輕量化文件，利用網址的方式發送給學生，也可以通過朋友圈鏈接、微信鏈接來分享，學生可以便利地在微信中打開，學生在保存了這一鏈接之后，在任何的時間、地點，都可以進行剖視圖表達學習，可以提高學生的理解能力。

2.4 在裝配體識讀中的應用

之所以學生對裝配體的識讀學習存在困難，主要原因是由于學生缺乏這一方面的結構認知，在高等教育的發展下，即便高職院校的相關設備日新月異，但是，在機械認知結構、認知模型上，還存在質量不佳、數量不足的問題，很難滿足全體學生的需求。且在拆裝次數的增加下，產品的損壞率非常高，利用VR技術，能夠有效彌補這一方面的不足，在授課時，在實驗平臺中呈現需要認知的產品結構互動三維模型，形成項目方案，制作平臺網頁，學生用電腦登錄網址后，可以通過鍵盤、鼠標等進行反復拆裝，系統還設置了不同的拆裝方式，拆裝方式由淺入深，符合學生的認知規律。采用VR模式的教學，師生不僅能通過聲音、視覺這兩種感觀進行信息交互，甚至可以通過嗅覺、味覺、觸覺等方式進行交互。例如，采用VR設備，當某位同學出現注意力不集中等情況時。教師可以遠程控制VR設備，對他進行接觸性提醒。如有必要甚至可以釋放味覺。不僅如此，學生也可以通過VR設備虛擬成場景中的人物，與其他學生或老師進行交流。

3 結語

目前，VR技術已經在高等教育中得到了廣泛應用，機械制圖這門課程要致力于鍛煉學生的空間想象力和創新能力，這對于原本想象力比較弱的學生而言，學習難度非常高，應用了VR技術后，可以彌補傳統教學模式的不足，輔助學生學習制圖。經過長時間的研究和實踐顯示，VR技術的應用讓學生知曉立體圖形的構建方式，對學生的空間思維也起到了很好的鍛煉效果，值得進行大面積推廣。