基于虚拟现实技术的《计算机组装维护》课程实验平台构建
2020-12-23陈静张阳
陈 静 张 阳
(长春科技学院,吉林 长春 130600)
0 引言
虚拟现实(VR-Virtual Reality)通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境,用户以自然的方式对虚拟环境中的对象进行体验和交互。特点如表1所示。
表1 虚拟现实技术特点
《计算机组装维护》是实操技能比较强的课程,主要内容包括计算机硬件的基础知识和维护方法。本门课程主要是培养学生在计算机组装与维护方面的技能,但是在授课过程中,由于各种客观原因,一些应该开设的教学实践和实验无法顺利进行,而一个虚拟的实验平台,可以很好地解决这些问题。通过《计算机组装维护》课程实验平台的应用,提高了学生的动手能力,对知识点理解更加透彻,熟悉更多的硬件,很快掌握技能,使教学效果得到很大提高。
2 虚拟仿真实验平台的构建
虚拟实验平台是利用虚拟现实技术仿真,学生在其中可以观察和操控对象,让学生对学习内容有一个直观的认识。人机交互主要是鼠标响应事件,如点击、拖动等,将虚拟的硬件,按实验要求完成整个实验。
采用3DMAX、Unit3D等技术,设计虚拟仿真实验平台。平台中模拟了如何装配一个主机,在组装的过程中各个硬件如何进行安装,如显卡、主板、内存、风扇、中央处理器等的组装;软件的安装与测试等实训,学生能够在虚拟三维空间中真实地感受各个硬件的安装与调试。承载平台的电脑系统常规配置要求如下表2所示。
表2 常规配置要求
(1)硬件及环境的建模。采用3DMAX软件进行3D建模,包括实验室环境及各种计算机硬件。模型仿真度高,能够完成人机交互,同时可以利用互联网上现有的模型资源,可以利用三维软件进行二次编辑后,再将这些模型生成VRML文件,增强现实技术多需要利用VRML文件做交互,3DMAX制作的模型导出VRML格式才能用于程序中,导出后经过二次开发,形成丰富多彩的虚拟现实世界,达到构建三维场景的目的。
(2)使用Unit3D和RVML技术实现组装过程的交互。利用Unit3D编程软件和C#语言使模型和环境具有人机交互的功能,学生可以在虚拟环境中漫游,360°全方位了解组装的全过程,这样就避免了对实际硬件的损坏。
(3)提供基础组装维护过程的视频资料和文档资料。实验平台为学习者提供了部分学习资料,以便熟悉整个组装维护过程,学生可以根据资料内容自己动手操作实践,从而掌握技能。
(4)操作提示功能,平台在学生进行操作的过程中,针对不同的硬件会有相应的操作提示,如在安装CPU时,会先出现“打开CPU顶盖”的提示,同时处于可操作状态的硬件颜色会呈现出绿色,这样就避免学生出现错误的操作。
(5)硬件模型库。将编辑完的模型资源存储到实验平台的模型库中,学生在做实验时可以对硬件进行选择,从而组装成一台完整的机子。模型库中资源不断更新,包括3D模型及硬件的相关参数,学生在库中可以根据相关要求选择参数适合的硬件模型。
3 虚拟现实技术在实验教学中的重要意义
针对实践性较强的专业,实际教学中需要将理论与实训密切结合,全面培养学生的实践动手能力。将虚拟技术引入到实验教学,可以为学习者创造一种自主学习的环境,从而实现对知识的主动构建。这一技术的应用既节省资金,又可以让学生完成各种实验,一举两得。
(1)节省实验经费,虚拟资源可以不断重复利用。虚拟实验教学平台的使用不受时间、资金、场地的限制,虚拟资源不受使用频率限制,利用率高,丰富了学生感性认识,加深对教学内容的理解。
(2)更有利于激发学生的学习主动性。由于虚拟实验平台在虚拟的三维环境中模拟真实实验环境,具有游戏的特点,利用学生玩的天性激发学生的学习兴趣,在玩中发现问题、解决问题,有利于培养学生的科研创新意识。
总之,虚拟现实技术应用在实验教学中,能够获得更好的教学效果,对精密设备的仿真建模,可以避免真实实验操作带来的各种突发事件对设备造成的损坏,也降低了对学生人身安全的危害。
4 虚拟设备与真实设备的差异
虚拟实验平台的建立,弥补了硬件设备跟不上实验的要求、上课时间受限等问题,在教学中有非常重要的意义。但在教学应用的过程中也要处理好“虚拟实验”和“真实实验”的关系,不可一味地强调虚拟实验,要二者结合,虚实搭配,在互做补充的同时,又各有侧重点,只有这样才能得到良好的教学效果。另外,教师也要注意,虽然是虚拟实验,也要注意培养学生严谨科学的实验作风。