摘 要:虛擬仿真以其高效的實(shí)時(shí)渲染、實(shí)時(shí)修改以及眾多的第三方插件支持,能夠很大程度的提高傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的制作效率,減低實(shí)訓(xùn)教學(xué)強(qiáng)度,縮短實(shí)訓(xùn)制作周期,從而達(dá)到降低實(shí)訓(xùn)成本的作用。在制作技術(shù)方面,使用虛擬仿真技術(shù)更能夠快速的在現(xiàn)實(shí)和虛擬操作之間做快速的資源轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步降低實(shí)訓(xùn)周期和實(shí)訓(xùn)成本。同時(shí),在使用效果上,可以做到現(xiàn)實(shí)與虛擬之間的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換,實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的某個(gè)情景需要與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)的時(shí)候,隨時(shí)可以進(jìn)行切入。
關(guān)鍵詞:虛擬仿真;實(shí)時(shí)渲染;實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換;智能化;制作周期;衍生產(chǎn)品
虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù),就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。從狹義上講,虛擬仿真是指20世紀(jì)40年代伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一類試驗(yàn)研究的新技術(shù);從廣義上來說,虛擬仿真則是在人類認(rèn)識自然界客觀規(guī)律的歷程中一直被有效地使用著。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,仿真技術(shù)逐步自成體系,成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類認(rèn)識自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法,而且正在發(fā)展成為人類認(rèn)識、改造和創(chuàng)造客觀世界的一項(xiàng)通用性、戰(zhàn)略性技術(shù)。
一、虛擬仿真介入實(shí)訓(xùn)教學(xué)制作必要性
虛擬仿真技術(shù)具有以下四個(gè)基本特性:1、沉浸性;2、交互性;3、虛幻性;4、逼真性。這正是傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)所欠缺的。
沉浸性(Immersion):虛擬仿真系統(tǒng)中,使用者可獲得視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)感覺等多種感知,從而獲得身臨其境的感受。理想的虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有能夠給人所有感知信息的功能。
交互性(Interaction):虛擬仿真系統(tǒng)中,不僅環(huán)境能夠作用于人,人也可以對環(huán)境進(jìn)行控制,而且人是以近乎自然的行為(自身的語言、肢體的動(dòng)作等)進(jìn)行控制的,虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮饔枰詫?shí)時(shí)的反應(yīng)。例如,當(dāng)飛行員按動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射按鈕時(shí),會看見虛擬的導(dǎo)彈發(fā)射出去并跟蹤虛擬的目標(biāo);當(dāng)導(dǎo)彈碰到目標(biāo)時(shí)會發(fā)生爆炸,能夠看到爆炸的碎片和火光。
虛幻性(Imagination):即系統(tǒng)中的環(huán)境是虛幻的,是由人利用計(jì)算機(jī)等工具模擬出來的。既可以模擬客觀世界中以前存在過的或是現(xiàn)在真實(shí)存在的環(huán)境,也可模擬出客觀世界中當(dāng)前并不存在的但將來可能出現(xiàn)的環(huán)境,還可模擬客觀世界中并不會存在的而僅僅屬于人們幻想的環(huán)境。
逼真性(reality):虛擬仿真系統(tǒng)的逼真性表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面,虛擬環(huán)境給人的各種感覺與所模擬的客觀世界非常相像,一切感覺都是那么逼真,如同在真實(shí)世界一樣;另一方面,當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時(shí),環(huán)境做出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律。如當(dāng)給虛幻物體一個(gè)作用力,該物體的運(yùn)動(dòng)就會符合力學(xué)定律,會沿著力的方向產(chǎn)生相應(yīng)的加速度;當(dāng)它遇到障礙物時(shí),會被阻擋。
二、虛擬仿真介入到實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢
使用虛擬仿真制作實(shí)訓(xùn)教學(xué),有著很多跟傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)流程相同的步驟和方法,本文著重介紹兩者不同之處以及傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中可以利用虛擬仿真特性改善制作環(huán)境的方面。
1、實(shí)訓(xùn)教學(xué)準(zhǔn)備階段 – 可以更好地表達(dá)實(shí)訓(xùn)教學(xué)知識點(diǎn)
一場實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)施,前期準(zhǔn)備充分與否尤為重要,往往需要教師就實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)、實(shí)訓(xùn)的步驟、實(shí)訓(xùn)知識點(diǎn)的設(shè)置等一系列問題進(jìn)行反復(fù)的探討、商榷.首先要實(shí)訓(xùn)結(jié)構(gòu)完整、實(shí)訓(xùn)設(shè)備完備,接著需要有詳盡的文字、階段性目標(biāo)或者參數(shù)目標(biāo),傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)在直觀性和信息傳達(dá)上有很大的局限。
2、實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施階段 – 可以節(jié)約實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施的時(shí)間成本
虛擬仿真在此階段可以利用“實(shí)時(shí)修改”和“實(shí)時(shí)渲染”所見即所得的自身優(yōu)勢,介入到實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施中,“實(shí)時(shí)渲染”技術(shù)可以讓師生完整的看到實(shí)訓(xùn)過程的整體結(jié)果,不用耗費(fèi)大量的時(shí)間等到傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行加熱、冷卻、固化等過程?!皩?shí)時(shí)修改”技術(shù)可以讓參與實(shí)訓(xùn)的師生對自己不滿意的實(shí)訓(xùn)過程進(jìn)行修改,虛擬仿真開發(fā)人員只需對參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),就可以對實(shí)訓(xùn)過程進(jìn)行修改,并且可以實(shí)時(shí)的讓參與實(shí)訓(xùn)的師生觀察到實(shí)訓(xùn)效果的變化,協(xié)助參與實(shí)訓(xùn)的師生對實(shí)訓(xùn)細(xì)節(jié)的取舍。這其中就包括:實(shí)訓(xùn)時(shí)間設(shè)置、危險(xiǎn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目模擬、不可見實(shí)訓(xùn)效果展現(xiàn)等方面。
3、實(shí)訓(xùn)教學(xué)總結(jié)階段 – 可以多樣性的給予評價(jià),并可隨時(shí)回放實(shí)訓(xùn)過程
整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程通過虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行模擬的同時(shí),該技術(shù)會把參與者的一舉一動(dòng)進(jìn)行記錄,正確的和錯(cuò)誤的操作都會記錄下來。錯(cuò)誤的操作,虛擬仿真技術(shù)可以標(biāo)注,進(jìn)行分析,并且在實(shí)訓(xùn)完成后,給予參與者反饋,告知參與者錯(cuò)誤在哪里,以便參與者隨時(shí)查詢,反復(fù)練習(xí)。
虛擬仿真技術(shù)可以基于時(shí)間軸技術(shù),對整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行回放、快進(jìn)、慢動(dòng)作以及多角度觀察。這是傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)所不能比擬的。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,實(shí)訓(xùn)過程的記錄是重中之重,優(yōu)秀的實(shí)訓(xùn)教學(xué)都是需要不斷地修改和磨合出來的,反復(fù)的進(jìn)行準(zhǔn)備、實(shí)施和調(diào)節(jié),期間不可避免的造成創(chuàng)作人員精力消耗以及創(chuàng)意流失。虛擬仿真技術(shù)的介入可以讓實(shí)訓(xùn)教師在同一流程中反復(fù)研究,針對重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)并記錄。
三、實(shí)訓(xùn)教學(xué)和虛擬仿真教學(xué)之間的互動(dòng)
虛擬和現(xiàn)實(shí)的區(qū)別,在參與者方面來說,很大程度上就是“互動(dòng)”的區(qū)別。是參與者能不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行掌控的區(qū)別。
虛擬仿真技術(shù)現(xiàn)在不斷有新的技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用,參與者的所能獲得的視覺和觸覺感受越來越趨于真實(shí)和直接。傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,多采用多媒體影片來記錄實(shí)訓(xùn)過程,整個(gè)影片播放過程,學(xué)生只能夠被動(dòng)的接受設(shè)置好的感官刺激外,沒有任何可以親自參與的內(nèi)容,只能按照設(shè)定好的情節(jié)內(nèi)容進(jìn)行觀看,眾多參與實(shí)訓(xùn)的師生的想法也無從施展,
虛擬仿真的介入,可以讓學(xué)生從被動(dòng)的接受者變成主動(dòng)地參與,假設(shè)有一個(gè)情景,一段化學(xué)實(shí)訓(xùn)教學(xué),傳統(tǒng)教學(xué)方式,整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程不能夠被打斷,學(xué)生只能線性的觀察整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程。而在虛擬仿真教學(xué)中,學(xué)生可以隨時(shí)介入到實(shí)驗(yàn)過程中,比如,在化學(xué)反應(yīng)的某個(gè)節(jié)點(diǎn),學(xué)生再加入新的化學(xué)物質(zhì)或者調(diào)整某種化學(xué)原料的參數(shù)、含量,這在傳統(tǒng)教學(xué)中可能存在危險(xiǎn),但是在虛擬仿真技術(shù)面前,這一切都不能成為問題。
虛擬仿真在實(shí)訓(xùn)教學(xué)制作過程中的應(yīng)用可以在實(shí)訓(xùn)初期創(chuàng)意,實(shí)訓(xùn)實(shí)施過程以及后期評價(jià)反饋過程中,提供更高效的制作工具,節(jié)省出大量的時(shí)間來進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)細(xì)節(jié)和其他相關(guān)部分工作;有效地打通虛擬和現(xiàn)實(shí)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的壁壘;提供更有趣的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體驗(yàn)。虛擬仿真的介入將很大程度的推進(jìn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。
作者簡介
李強(qiáng),講師,就職于河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院。
(作者單位:河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院)