VR技术在工业设计结构拆装教学中的创新应用

□宋 刚 穆 波 朱奕辰 武汉工程大学

一、传统工业设计结构拆装教学存在的问题

工业设计结构不仅涉及不同材料的加工工艺、不同产品的结构拼装，还涉及壳体、箱体、连接、固定、密封、安全等。在传统教学过程中，教师通常运用理论讲解和实物演示的方法，让学生直观地了解不同结构的特征和作用。而在艺术设计教学中，这些教学内容一直是薄弱环节。

二、在工业设计结构拆装教学中引入VR技术的必要性

（一）增加产品在课堂中的展示教学

由于课堂平时演示的模型有限，结构拆装教学的开展受到了一定的阻碍，针对工业设计专业的学生，教师可以把需要研究的产品实物创建为虚拟模型，这样学生就可以任意调整产品角度、大小，进行分解组装，从而充分了解被研究产品的内在结构、安装程序及材料特性等。

（二）提高学生参与设计的实操性，解决传统工业设计教学的局限性

对学生而言，他们通常难以接触生产的全过程。而通过将VR技术与传统教学相融合，教师就可以摆脱空间、时间的束缚，增强学生实验的交互感受，提高其操作水平，从而解决现实课堂学生安全的问题。并且教师可通过虚拟端进行教学拆分实验，让学生重复观看操作步骤，从而减少学生错误操作情况。

三、虚拟化教学模式与教学过程

（一）虚拟化教学模式

虚拟化教学模式是指在基础的教学框架上引进信息化VR技术，实现教学与数字化科技相结合，教学环境交互化，教学内容虚拟化、可视化。虚拟化教学模式，能为学生营造更真实的学习环境，改变了传统教学中教师是课堂教学的主导者和学生被动学习的教学模式。在虚拟化教学模式下，教师由课堂教学的主导者变为课堂学习的引导者、服务者，学生由原来的被动学习变为沉浸式的主动学习，能根据自身薄弱环节选择学习内容，从而提高学习的积极性。

（二）基于VR技术的工业设计结构拆装教学过程

工业设计结构拆装课程由用户登录、拼装结构训练平台、学生在线学习、师生互动模块构成，教师在讲解完课程内容后，选择物体结构进行分配布置，让学生在虚拟端进行拆分练习，再导入PC端进行深度改良设计。完成以上所有操作后，学生可以从虚拟端视觉角度，在场景中反复验证，并提交最终设计。

四、工业设计结构拆装课程虚拟化教学创新实践

本课题组构建的工业设计结构拆装教学平台结合工业设计专业特点和教学模块化要求，构建了结构拆装、造型设计实验、场景验证三个模块。

（一）结构拆装模块

此模块以教师预设的某一产品模型为主，学生可以通过虚拟端一键拆解，按顺序组装、拆卸，更换视角缩放、旋转等操作了解产品的具体内部结构，以及生产的工艺。

（二）造型设计实验模块

该模块主要由三个学习库组成，分别为静态零件库、动态零件库和材质预设库。零件学习库又包含驱动模块、控制模块、传动模块、交互模块、安装螺钉节点模块。教师可以充分利用虚拟技术和PC端学习模块分别演示产品设计结构拆装全过程，将理论与实操相结合。在材质预设库中，学生可以通过调节材质的种类、颜色、透明度、粗糙度来预设自己创建的产品模型。

（三）场景验证模块

该模块主要检验由单一零件组装完成后的产品能否在选定的工作场合内无偏差地使用，检验零件部位是否安装妥当。

将VR技术运用到工业设计专业课程教学中，能改变传统依靠理论课本的教学方式，实现课堂上以学生为主的教学模式。本文对此进行了研究，旨在解决传统教学中存在问题，以期为工业设计结构拆装课程虚拟化教学创新实践提供一定的理论支撑和借鉴。