桌面型虚拟现实技术在计算机硬件组装训练中的应用必要性和可行性论述

李　赟　顾　容

摘要:计算机硬件组装是计算机专业学生进校后学习的第一门专业化模块课。如果用虚拟现实的技术来模拟装机场景,学生就可以不受设备的限制,反复练习。正由于虚拟实验不受时空限制,时下以其安全性、交互性和更新简捷方便得到了广泛的关注。开发虚拟实验,实现以软代硬已经成为实验教学研究中的重要方面。

关键词:硬件组装;虚拟现实;桌面型虚拟现实

一、研究背景与问题的提出

刚进入中职计算机专业的学生大部分都配备了计算机,开学初对学生问卷调查,95.8%的学生回答计算机系统损坏的话就出钱或找朋友重装系统,只有2%的学生会自己动手重装系统;对于计算机硬件出现故障,99%的学生连机箱盖都不敢打开,恐怕损坏主机箱内硬件设备,只有少数的学生会动手去拆装一下机器。如果学生到毕业仍然存在这样的动手恐惧,那就会失去专业竞争优势。为让学生在开学初就打消恐惧感,加强对专业学习的兴趣,浙江省绍兴市职教中心在2003年投资10多万元,配备了一间装机机房,共有全新的计算机近30台,这些计算机当时都是较为流行的配置。该校本着让学生学习的原则,把全新的计算机让给学生拆装学习,这在当时中职学校是不多见的。

硬件设备更新换代快,学校不可能隔一年就换一批计算机供学生拆装,虽然学生参加了强化训练,但与社会实际应用仍然存在衔接不上的问题。购置设备限于经费限制。现在浙江省绍兴市职教中心的学生经常反映高一学过的装机知识,如果不经常练习,就会忘记,而学校鉴于师资和设备的限制,不可能长期向学生开放装机机房;也有学生反映学校拆装的计算机与市面上的流行配置不相符,学了不能适应实际需求,虽然学校肯花大力气购置实验设备,但始终跟不上市场的变化。如果用虚拟技术来实现计算机组装训练,则学生在装机强化课后,在掌握基本知识之后就可以反复练习和学习相关的知识模块了,学校也可以根据市场变化,通过及时更新素材库来适应学生实际应用。

二、桌面型虚拟现实技术在教育领域中的研究现状

1.什么是桌面型虚拟现实

桌面型虚拟现实(Desktop VR)是利用个人计算机和低级工作站综合立体图形、自然交互等技术,以营造与客观世界高度类似的逼真、虚拟的环境,将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的应用系统。它要求参与者使用输入设备,通过计算机屏幕观察模拟环境并操纵其中的物体。由于用户坐在显示器前,通过屏幕观察虚拟世界并与之交互,参与者会受到周围现实环境的干扰而缺乏沉浸感,虽然难以做到完全投入,但其结构简单,在计算机组装训练中只需要鼠标就能实现交互,成本较低,学校不需额外增添其他设备,易于普及推广。目前很多应用在教育领域的虚拟实验都是使用该种系统完成的。

2.在教育领域的研究现状

在教育领域中应用虚拟现实技术(虚拟实验室),最早是在1989年由美国University of Virginia的William Wolf提出。美国从1965年虚拟现实雏形出现至今,已经有了四十多年研究历史,但是直到80年代,虚拟现实才被投入到教育中,所以它在教育领域的应用历史还只有二十多年。很多高等学府开发了相当好的虚拟教学系统用于服务教学。北卡罗来纳大学的计算机系是进行虚拟现实研究最早最著名的大学。除了美国之外,其他国家大学也投身于虚拟实验室的建设中来。

我国真正进行虚拟现实的研究只有十年左右的时间,1996年天津大学在SGI硬件平台上基于VRML的国际标准,最早开发了虚拟校园,开启了虚拟现实在我国教育领域的序幕。从此虚拟现实技术逐渐地调入到了教育领域的应用。清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统;最近,浙江旅游职业学院与杭州“神州视景”共同开发了国内第一个运用虚拟现实技术的模拟导游实验室。

中职学校中也已经有很多骨干教师提出把虚拟现实技术应用到机械制图、数控等专业上,近几年的省级、国家级的骨干教师培训中也将虚拟现实提到了学习日程,充分肯定了虚拟现实技术应用在中职实训课中的必要性。

三、实现思路

1.学校现有条件分析

开发一个大型的装机虚拟实验室需要大笔的资金和设备,购买一套虚拟实验室也需要大量的资金,对于中职学校而言不太现实,毕竟投入太大。鉴于学校目前的设备配置和师资现状,笔者认为可以做出一个基于Flash的二维的虚拟平台,也可以运用Quest3D来实现三维互动的虚拟现实系统。这两种软件简单易学、上手快、功能齐全,对于计算机配置没有特别高的要求,像浙江省绍兴市职教中心实训楼中的计算机都能承担起制作任务。因此在硬件方面,学校不需要额外的资金投入,在人手方面,图形设计、三维建模、代码编写、硬件组装等方面中职学校都有相关精通的师资,所以只要稍加培训相关软件的使用,就可以投入开发制作。

2.功能模块分析

(1)进度保存模块:该模块允许每个学生在操作时能即时保存,此模块拟用数据库链接实现。

(2)硬件知识学习模块:学生装机必须具备相关的理论知识,在这一模块专门设置硬件教学播放模块让学生进行观察性学习。学生在做实验之前,先看这些视频,直观地了解计算机硬件组装的全过程。保证学生在实验前对实验内容、实验步骤有较清楚的认识。此外还得具备各个部件的局部演示和功能介绍,此模块主要利用Flash来实现。

(3)硬件资源库模块:计算机组装涉及的硬件数量众多,品牌丰富,硬件的更新速度快,如果在实验平台中只提供最基本的几个硬件,会和实际情况有很大出入,也无法适应学生需求,所以需创建一个用于存放硬件模型的资源库,将市面上流行的硬件板卡根据实际尺寸进行模型的创建并不断积累,以形成一个较大规模的硬件资源库,学生可以根据自己的装机需求在资源库中选取相应的硬件模型,并且将自己选中的模型罗列在组装平台界面中进行组装。此模块中主要是解决建模的问题,可以使用3D MAX或者SketchUp来实现,再用Quest3D实现各模型的动态导入。

(4)装机平台模块:这一模块是整个虚拟实验中最重要、最关键的模块,属于学生理论中的技能性学习活动。这个逼真的三维虚拟场景可以使用3D MAX或Quest3D创建,计算机组装过程中需要的虚拟硬件出现在相关列表中,学生通过鼠标点击和拖动操作来完成实验,除了交互之外,实验系统还要能够正确辨别学生的操作是否正确,并给出相关提示,指示学生下一步的操作。对实验过程的仿真模拟用Quest3D实现。

(5)实验评估模块:在学生实验结束之后,还应该对学生的此次实验进行综合评估、打分,此模块需要用Flash实现。

(作者单位:李 赟浙江工业大学;

李 赟顾 容浙江省绍兴市职教中心)