謝宗華，張麗萍，于婷婷

(濰坊工程職業(yè)學院，山東 青州 262500)

VR在機械領域中如何實現(xiàn)三維虛擬教學探究

謝宗華，張麗萍，于婷婷

(濰坊工程職業(yè)學院，山東 青州 262500)

現(xiàn)如今風靡全球的VR虛擬現(xiàn)實科技，已經滲透到城市規(guī)劃、醫(yī)療科技、機械制造、影視娛樂、游戲動漫等多個領域中，并且為其提供所需要的方案和規(guī)劃等。有專家預測將來的十年內，每個行業(yè)幾乎都會受到VR科技的影響，而教育培訓行業(yè)將會是重點應用領域。文章將對其在機械領域中的三維虛擬教學進行探究。

VR虛擬現(xiàn)實；機械領域；教學

1 VR虛擬現(xiàn)實的概念

所謂VR（Virtual Reality）即虛擬現(xiàn)實，是在20世紀80年代時由Jaron Lanier（美國的VPL公司創(chuàng)始人）提出的，它是一種利用計算機系統(tǒng)形成的可交互的三維環(huán)境沉浸感覺技術。該技術的載體是虛擬仿真平臺，其特點是場景逼真并且可實現(xiàn)視聽觸覺等多種感官的體驗。置身于虛擬環(huán)境中的體驗者可以通過佩戴的傳感器設備與虛擬場景進行交互，從而達到與其融為一體的程度。通過該技術使用者可以不受時間、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到的經歷，如圖1所示。所以說，VR虛擬環(huán)境具有三個基本特征，分別是沉浸、交互和構想。對于VR虛擬現(xiàn)實的重要核心部分就是仿真與建模。

圖1 VR使用者體驗圖

2 機械領域中的VR設計元素

（1）可用性元素中的用戶界面和用戶體驗是VR作為消費級產品的重要部分。簡單而又高效的將高科技傳達給用戶，并能準確地捕捉到用戶的意圖是將來發(fā)展的關鍵。而這些元素在將來會更多的傾向于實用性，如各類教育學習、各類企業(yè)培訓等。眾所周知，機械領域是世界發(fā)展的核心領域之一，也是VR虛擬科技開發(fā)者重點捕捉的對象之一?，F(xiàn)如今捕捉技術尚處于發(fā)展階段，但相信隨著意圖捕捉技術的愈加成熟，VR在機械領域中的影響力將越來越大。

（2）敘述元素好比是開發(fā)者對用戶講故事，不僅要引人入勝更要與其產生共鳴，VR在電影中的應用便是對此最好的闡述，如圖2所示。倘若故事的背景換成一臺教學設備，那么VR三維虛擬教學的原型也就由此產生了。用戶可以身臨其境，不僅可以獲得很強的參與感，還可以從任何角度去觀察教學設備。從某種程度上來講，VR為用戶提供了多種素材。而用戶根據自身的選擇去觀察需要關注的題材，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、技術圖紙和思維導圖等用到我們的想法、數據和抽象概念中去，將現(xiàn)實世界中很難體驗到的實體信息，通過一些列的仿真模擬之后，將虛擬的信息應用到真實世界中，呈現(xiàn)在我們面前，從而形成一種模擬的教學環(huán)境。后期所有的教育培訓、模擬教學等都是建立在該元素的基礎之上的。信息呈現(xiàn)元素的水平高低，不僅決定了用戶的認可程度，更反映了VR虛擬科技的技術高度。

3 VR在教學中的發(fā)展前景

VR最早用于軍事領域以實現(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虛擬教學在職業(yè)教育中便頗有用武之地。設想一下利用計算機仿真平臺模擬一個三維虛擬的環(huán)境，讓學生們如同處在工作崗位上獲得視覺、聽覺、觸覺等多感官的模擬，讓學生與企業(yè)最先進的理念無縫對接，更好地實現(xiàn)情景化教學。現(xiàn)在的職業(yè)教育已經產生了這種需求，其實用前景十分樂觀。

圖3 VR在軍事領域的模擬

假如在機械制造領域里，一臺發(fā)動機被計算機仿真平臺虛擬出來之后，我們便可以在其內部結構中自由行走，不受空間、角度的限制，每個部位的零（部）件都會清晰的呈現(xiàn)在我們面前。對于發(fā)動機結構的認識、各個機構的工作原理，將會有更真實的了解。這樣看來VR虛擬環(huán)境的體驗對于教學起到了非常好的作用，同時我們也更形象、深刻的理解所學設備的運行原理。另外，還有一種是虛擬的訓練，比如機械零件安裝、汽車檢測維修、電子元件組裝等，都將可以利用VR來進行培訓，如圖4所示。這種教學效果要比在課堂中的多媒體教學要好得多。

圖4 VR虛擬培訓

4 結語

傳統(tǒng)教學模式下的實踐教學，需要購置相應的設備設施。對于一些技術先進的設備價格又比較昂貴。并且科技還在不斷發(fā)展，技術還在不斷更新，教學上想要與時代接軌就必須不斷更新教學設施，淘汰下來的舊設備大部分又會被閑置，這樣就導致了教學資源上的浪費。而VR虛擬教學則很好地解決了這一方面的難題。

雖然VR虛擬現(xiàn)實是一種劃時代的革命性的媒體技術改革，它能夠為教學帶來高品質的學習體驗，具有標志性的意義。但是現(xiàn)如今VR處于發(fā)展的前期階段，資源還不夠豐富，設備還不夠完善，尤其是在教育培訓領域的資源還比較欠缺，而且各個應用之間的兼容性還有待提高。但相信隨著技術的不斷發(fā)展，VR在機械制造領域中的應用會更加普及，在教育培訓中的地位會不斷提高。

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：機械設計。