基于AR技术的机械制图课程教学探索

赵冬 宿州职业技术学院

1.增强现实技术简介

AR就是增强现实技术的简称，它是由虚拟现实技术演变发展得来的，是一种比较新兴的科技技术。这个技术是基于现实之外的虚拟世界而创建的，在创建的时候是将虚拟的内容叠加到现实的世界中去，把虚拟和现实相结合，创立了一个虚实结合的世界。在传统的机械制图教学模式中，都是用木模和图形相结合来教学，但是这样的制图教学模式的教学效果很差，所以在现代的教学模式中引入了AR技术。在AR技术中，用虚拟和现实相互结合，让它们相互补充，把真实的世界与虚拟的世界同时结合叠加到同一个空间或者画面当中去，从而实现超越真实世界的场景，让人感受到视觉上的盛宴。

2.增强现实技术在机械制图教学中的应用

增强现实技术在机械制图教学过程中，用处是非常大的，比如老师可以用增强现实技术画出模型、挂图、多媒体课件辅助的讲解等等，让学生从眼前所见到的立体图像去理解老师所讲的课题，同时也让学生理解了立体的物体是如何利用投影原理进行转换为平面图形的。当然在学习制图课程之前要进行大量的课外练习，这样子才能熟练的掌握绘图的技能，也才能更好的去理解图形，而且对于刚学制图的同学或者想象力比较低的同学来说，没有课前的大量练习，那么在学习制图的时候就会觉得很难，无从下手，面对没有实物对照之下他们很难进行制图。所以，AR能够很好的将平面图展示到大家眼前，而且还会实时将平面图转化成相应的立体图形，这样一来不仅能够很好的帮助学生进行空间思考练习，还能提高学生的制图能力。AR技术能够很好的解决机械制图教学中所遇到的难题，通过不断的尝试与学习，找到了基于手机摄像头AR技术与机械制图教学的新方式，利用AR技术开发了机械制图辅助教学APP。在制图学习中有一种叫三视图的图形，这种绘制这种图形需要的基础非常高，所以面对没有制图基础的学生来说，没有直视的模型来做参照的话，那么将会会很难进行制图学习。但是在采用AR技术之后，这些问题都得到了解决，因为可以通过增强现实技术将虚拟的3D模型叠加到投影仪上，让学生从中深刻了解到此图的制图构想。在制图的教学过程中，老师可以要求学生在手机上安装机械制图辅助教学APP，当他们在学习制图或者在制图的时候遇到难题之时，可以打开手机上的机械制图辅助教学APP，然后用APP里面的摄像头扫描教材上所遇到的制图难题的平面图，然后机械制图辅助教学APP将会自动识别平面图之后匹配出相应的3D图形，然后学生可以通过手机上的立体图形进行分析和定位，然后再把立体图形和现实的实物进行叠加之后在手机上显示出来，学生可以通过触摸手机屏幕、旋转手机的方式对立体图形进行放大、缩小等操作，然后从不同的视角去观察图形，这样不但能帮助学生快捷的进行制图，还能提高学生对制图的思路。

3.开发工具以及APP设计

本文所讲述的AR技术，其开发的环境是vuforia，这个环境能帮助AR技术解决各种方案，运用的是计算机视觉技术，这个技术能及时的识别和跟踪平面图像还有比较简单的3D图像。由于这个技术的存在，教学模式得到了新的发展 ，同时也使得开发者能够在现实世界和虚拟世界之间构建起一座连通的桥梁。其中机械制图辅助教学APP程序AR识别流程如下图所示：

AR识别流程图

增强现实技术是在现实中建立的，其本质是将计算机技术中生成的虚拟物体结合到现实的世界中，然后让同学们通过计算机技术得到一个真实的物体展示，但是实际上这个真实的物体是真实实物和虚拟事物相结合得到的。根据这个原理，就可以得出机械制图辅助教学APP的AR识别流程：获取手机摄像头图像或者视频、对获取到的图像或者视频进行信息识别、通过程序分析和定位检测、对获取的图像进行信息识别然后生成相关的虚拟图、最后把实物和虚拟物品相结合，然后在相关的移动设备中显示出来。

在增强现实技术中，当手机中的机械制图辅助教学APP这个程序在运行的时候，可以利用手机的的摄像头去扫描教材上面的平面图，然后通过vuforia平台对摄像头所扫描到图像进行相关的信息分析，然后对图片进行处理，再通过AR技术，将图像识别到的信息和本地数据库存在的信息相匹配。找到匹配的图像之后，平台会对图像进行三维处理，制作出一个虚拟的立体图形，然后再将得到的虚拟的立体图像和现实的物品相叠合，然后展现给各位操作者。

增强现实技术被越来越多的社会领域使用，机械制图辅助教学APP在各大学校中得到广泛使用，主要是使用于机械制图教学。经过一段时间的教学使用，实践应用结果证明AR机械制图辅助教学APP不但能方便老师的教学，还能为学生的学习制图提供了更加直观、生动的学习方法，从根本上提高了学生的学习兴趣，使得学生课外主动的去学习，同时还弥补了实物教具和教学资源的不足，解决了学校面临的教学难题，还从一定程度上提高了教学的效率和教学进度。通过本文的研究，其他工程类的课程辅助教学应该也像机械制图辅助教学APP一样，应用AR技术对课程的教学产生较大的意义。

总结：机械制图课程主要目的是为了培养学生的空间思维能力，这是一种完全靠想象的能力，很难用语言去表达。这个思维空间能力对于想象力比较差的学生来说，是很难对其进行掌控的。面对同样的一个平面图，想象力比较低的学生很难将其转化成为立体图形。在过去的传统的教学模式当中，老师在制图的课程中采用的是木模加挂图的形式进行教学，但是这样的教学方式的效果并不理想。最近这几年来，随着科技的不断发展，多媒体技术不断得到普及，在制图的课程中加入了三维的计算机模型，用这个方式代替了传统的教学模式。但是这个方式也只能是在课堂上应用，学生还需要在课外进行努力的练习，才能真正的掌握绘图技能。 在课外的学习中，学生可以借鉴教材的图形模型，但是这样的图形模型很少，比较缺乏，所以学生的课外学习效率低，效果差，即使通过了大量的练习还是不能好好的掌握制图技能。所以，为了解决这一些难题，引入了增强现实技术，辅助学生学习制图。经过一系列的研究以及实践表明，用AR技术开发了机械制图辅助教学APP，这个机械制图辅助教学APP能在课外的时候帮助学生学习如何建立立体图形，对学生的空间思维进行了很好的训练，同时提高了制图教学的效率。在教学课堂中，应该引入这种新的教学模式来帮助学生去学习制图课程。