VR技术在“机械制图”教学中的应用

谭文平

(湖南涉外经济学院，湖南 长沙 410205)

1 VR技术的特点

VR技术通过计算机与传感器实现了人机交互，使用者可以在虚拟的世界中感受到各类表述对象，通过身体感知来达到身临其境的效果，发挥想象空间。当前，科技发展日新月异，VR技术的应用给人们的生活带来了诸多便利，虚拟和现实的结合也让人们有了更加真切的体验，VR系统包括硬件、软件组成，硬件涵盖计算机设备与前端输入、终端输出设备，软件则包括数据库、应用软件等。VR系统的中枢属于计算机，画面形成、虚拟仿真环境都需要借助计算机这一载体来实现，而交互眼镜、头盔、数据传感器则是输入输出设备，各类信息都存储于数据库中，立体动画、虚拟仿真世界是借助应用软件来生成。目前，VR技术已经在生活的各个领域中得到了广泛应用，如电影院中的3D电影就是VR技术的常见应用。VR技术在机械制图教学中的应用益处非常大，教师可以利用VR技术来画出模型、挂图，让学生产生直观感受，也让学生知晓立体物体是如何利用投影原理来转化为平面图形的，VR技术可以将真实的情景展现在学生眼前，并将平面图形转化为立体图形，帮助学生更好地思考、练习，提升其制图能力。利用APP，学生可以通过旋转手机、触摸手机屏幕的方式来对图形放大、缩小，从多个视角观察图形，不仅能够帮助学生快捷地制图，还能够显著锻炼学生的各项能力。

2 VR技术在“机械制图”教学中的应用

2.1 开发工具与APP设置

VR技术应用的是计算机视觉技术，能够及时识别、跟踪平面图形与简单的3D图形。在应用环节，首先要让学生利用计算机技术得到真实物体展示，利用手机摄像头图像与视频对获取的图像和视频进行信息筛选，利用程序分析和定期检测生成虚拟图，将实物与虚拟物品结合，在相关的移动设备中展现出来。找到匹配图像后，平台即可对图像进行三维处理，制作出虚拟立体图形，再将虚拟立体图形与现实物品叠加，展示给学生。目前，虚拟现实技术已经在各个社会领域中得到了广泛应用，关于VR技术在机械制图教学中的应用，最为常见的就是机械制图辅助教学APP，经过实践显示，这一APP的应用为教师的教学提供了极大的方便，也为学生的学习、制图提供了生动、直观的学习方法，显著提升了学生的学习兴趣，让学生积极、主动地参与学习，弥补了传统教学资源和实物教具上的限制，提高了教学效率。

2.2 VR技术在组合体构型中的应用

近年来，各个出版社都在机械制图教材中增加了VR资源，上述资源均是免费、公开的，在难以及时更换教材的情况下，教师可以通过不同的渠道来获取教材，将其中带有组合VR资源的内容扫描为电子图纸，在预习环节，为学生发放，引导学生下载，这样，学生即可利用碎片化时间来完成课前预习。在课堂上，通过手机扫描，可以清晰展现出组合体中的二维图形，并将其转化为三维图形，还可以对建立的模型进行旋转、移动和缩放，这就有效解决了传统平面图纸只能展现二维内容的局限性。在课前预习中，学生对组合体有了更多认识，在课中授课时，教师再予以针对性的指导和讲解，学生就更易听懂，有效提升了教学效率。同时，利用VR技术对组合体进行虚拟拆装，让学生对组合体的构型有更加深入的理解，学生可以通过APP下载相关文件到自己电脑上体验、学习，时间可以自行安排，这种方式更加新奇，学生的感悟也更加深刻，不会受到时间和地点的限制。

2.3 在剖视图表达中的应用

在机械制图教学中，剖视图画法是一个非常具有难度的问题，要画出剖视图，学生要对组合体产生完全理解。在这一情况下，即可将VR技术作为第三方平台，提前上传制作好的三维数字模型，展示为web3D模型，利用在线共享分享给学生，学生可以很方便地浏览，任意切割，并观看到完整截面。在授课时，教师要对其中的灯光、纹理、操作、阴影等进行科学设置，生成轻量化文件，利用网址的方式发送给学生，也可以通过朋友圈链接、微信链接来分享，学生可以便利地在微信中打开，学生在保存了这一链接之后，在任何的时间、地点，都可以进行剖视图表达学习，可以提高学生的理解能力。

2.4 在装配体识读中的应用

之所以学生对装配体的识读学习存在困难，主要原因是由于学生缺乏这一方面的结构认知，在高等教育的发展下，即便高职院校的相关设备日新月异，但是，在机械认知结构、认知模型上，还存在质量不佳、数量不足的问题，很难满足全体学生的需求。且在拆装次数的增加下，产品的损坏率非常高，利用VR技术，能够有效弥补这一方面的不足，在授课时，在实验平台中呈现需要认知的产品结构互动三维模型，形成项目方案，制作平台网页，学生用电脑登录网址后，可以通过键盘、鼠标等进行反复拆装，系统还设置了不同的拆装方式，拆装方式由浅入深，符合学生的认知规律。采用VR模式的教学，师生不仅能通过声音、视觉这两种感观进行信息交互，甚至可以通过嗅觉、味觉、触觉等方式进行交互。例如，采用VR设备，当某位同学出现注意力不集中等情况时。教师可以远程控制VR设备，对他进行接触性提醒。如有必要甚至可以释放味觉。不仅如此，学生也可以通过VR设备虚拟成场景中的人物，与其他学生或老师进行交流。

3 结语

目前，VR技术已经在高等教育中得到了广泛应用，机械制图这门课程要致力于锻炼学生的空间想象力和创新能力，这对于原本想象力比较弱的学生而言，学习难度非常高，应用了VR技术后，可以弥补传统教学模式的不足，辅助学生学习制图。经过长时间的研究和实践显示，VR技术的应用让学生知晓立体图形的构建方式，对学生的空间思维也起到了很好的锻炼效果，值得进行大面积推广。