VR在机械领域中如何实现三维虚拟教学探究

谢宗华，张丽萍，于婷婷

(潍坊工程职业学院，山东 青州 262500)

VR在机械领域中如何实现三维虚拟教学探究

谢宗华，张丽萍，于婷婷

(潍坊工程职业学院，山东 青州 262500)

现如今风靡全球的VR虚拟现实科技，已经渗透到城市规划、医疗科技、机械制造、影视娱乐、游戏动漫等多个领域中，并且为其提供所需要的方案和规划等。有专家预测将来的十年内，每个行业几乎都会受到VR科技的影响，而教育培训行业将会是重点应用领域。文章将对其在机械领域中的三维虚拟教学进行探究。

VR虚拟现实；机械领域；教学

1 VR虚拟现实的概念

所谓VR（Virtual Reality）即虚拟现实，是在20世纪80年代时由Jaron Lanier（美国的VPL公司创始人）提出的，它是一种利用计算机系统形成的可交互的三维环境沉浸感觉技术。该技术的载体是虚拟仿真平台，其特点是场景逼真并且可实现视听触觉等多种感官的体验。置身于虚拟环境中的体验者可以通过佩戴的传感器设备与虚拟场景进行交互，从而达到与其融为一体的程度。通过该技术使用者可以不受时间、空间和其他方面的限制，从而感受到在客观物理世界中无法体验到的经历，如图1所示。所以说，VR虚拟环境具有三个基本特征，分别是沉浸、交互和构想。对于VR虚拟现实的重要核心部分就是仿真与建模。

图1 VR使用者体验图

2 机械领域中的VR设计元素

（1）可用性元素中的用户界面和用户体验是VR作为消费级产品的重要部分。简单而又高效的将高科技传达给用户，并能准确地捕捉到用户的意图是将来发展的关键。而这些元素在将来会更多的倾向于实用性，如各类教育学习、各类企业培训等。众所周知，机械领域是世界发展的核心领域之一，也是VR虚拟科技开发者重点捕捉的对象之一。现如今捕捉技术尚处于发展阶段，但相信随着意图捕捉技术的愈加成熟，VR在机械领域中的影响力将越来越大。

（2）叙述元素好比是开发者对用户讲故事，不仅要引人入胜更要与其产生共鸣，VR在电影中的应用便是对此最好的阐述，如图2所示。倘若故事的背景换成一台教学设备，那么VR三维虚拟教学的原型也就由此产生了。用户可以身临其境，不仅可以获得很强的参与感，还可以从任何角度去观察教学设备。从某种程度上来讲，VR为用户提供了多种素材。而用户根据自身的选择去观察需要关注的题材，之后通过VR虚拟科技，用不同于日常的角度去理解和诠释。

图2 VR在电影的应用

（3）信息呈现元素是开发者想法和意图的最终呈现，需要把我们的专业知识、技术图纸和思维导图等用到我们的想法、数据和抽象概念中去，将现实世界中很难体验到的实体信息，通过一些列的仿真模拟之后，将虚拟的信息应用到真实世界中，呈现在我们面前，从而形成一种模拟的教学环境。后期所有的教育培训、模拟教学等都是建立在该元素的基础之上的。信息呈现元素的水平高低，不仅决定了用户的认可程度，更反映了VR虚拟科技的技术高度。

3 VR在教学中的发展前景

VR最早用于军事领域以实现飞行、战斗的模拟作战，如图3所示。但随着科技的发展需要，VR在其他行业里也逐渐的开展起来。其中VR虚拟教学在职业教育中便颇有用武之地。设想一下利用计算机仿真平台模拟一个三维虚拟的环境，让学生们如同处在工作岗位上获得视觉、听觉、触觉等多感官的模拟，让学生与企业最先进的理念无缝对接，更好地实现情景化教学。现在的职业教育已经产生了这种需求，其实用前景十分乐观。

图3 VR在军事领域的模拟

假如在机械制造领域里，一台发动机被计算机仿真平台虚拟出来之后，我们便可以在其内部结构中自由行走，不受空间、角度的限制，每个部位的零（部）件都会清晰的呈现在我们面前。对于发动机结构的认识、各个机构的工作原理，将会有更真实的了解。这样看来VR虚拟环境的体验对于教学起到了非常好的作用，同时我们也更形象、深刻的理解所学设备的运行原理。另外，还有一种是虚拟的训练，比如机械零件安装、汽车检测维修、电子元件组装等，都将可以利用VR来进行培训，如图4所示。这种教学效果要比在课堂中的多媒体教学要好得多。

图4 VR虚拟培训

4 结语

传统教学模式下的实践教学，需要购置相应的设备设施。对于一些技术先进的设备价格又比较昂贵。并且科技还在不断发展，技术还在不断更新，教学上想要与时代接轨就必须不断更新教学设施，淘汰下来的旧设备大部分又会被闲置，这样就导致了教学资源上的浪费。而VR虚拟教学则很好地解决了这一方面的难题。

虽然VR虚拟现实是一种划时代的革命性的媒体技术改革，它能够为教学带来高品质的学习体验，具有标志性的意义。但是现如今VR处于发展的前期阶段，资源还不够丰富，设备还不够完善，尤其是在教育培训领域的资源还比较欠缺，而且各个应用之间的兼容性还有待提高。但相信随着技术的不断发展，VR在机械制造领域中的应用会更加普及，在教育培训中的地位会不断提高。

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

谢宗华，男，山东青州人，助教，主要研究方向：机械设计。