桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)硬件組裝訓(xùn)練中的應(yīng)用必要性和可行性論述

李　赟　顧　容

摘要:計(jì)算機(jī)硬件組裝是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生進(jìn)校后學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)化模塊課。如果用虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)來模擬裝機(jī)場景,學(xué)生就可以不受設(shè)備的限制,反復(fù)練習(xí)。正由于虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)空限制,時(shí)下以其安全性、交互性和更新簡捷方便得到了廣泛的關(guān)注。開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)以軟代硬已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究中的重要方面。

關(guān)鍵詞:硬件組裝;虛擬現(xiàn)實(shí);桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)

一、研究背景與問題的提出

剛進(jìn)入中職計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生大部分都配備了計(jì)算機(jī),開學(xué)初對(duì)學(xué)生問卷調(diào)查,95.8%的學(xué)生回答計(jì)算機(jī)系統(tǒng)損壞的話就出錢或找朋友重裝系統(tǒng),只有2%的學(xué)生會(huì)自己動(dòng)手重裝系統(tǒng);對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件出現(xiàn)故障,99%的學(xué)生連機(jī)箱蓋都不敢打開,恐怕?lián)p壞主機(jī)箱內(nèi)硬件設(shè)備,只有少數(shù)的學(xué)生會(huì)動(dòng)手去拆裝一下機(jī)器。如果學(xué)生到畢業(yè)仍然存在這樣的動(dòng)手恐懼,那就會(huì)失去專業(yè)競爭優(yōu)勢(shì)。為讓學(xué)生在開學(xué)初就打消恐懼感,加強(qiáng)對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣,浙江省紹興市職教中心在2003年投資10多萬元,配備了一間裝機(jī)機(jī)房,共有全新的計(jì)算機(jī)近30臺(tái),這些計(jì)算機(jī)當(dāng)時(shí)都是較為流行的配置。該校本著讓學(xué)生學(xué)習(xí)的原則,把全新的計(jì)算機(jī)讓給學(xué)生拆裝學(xué)習(xí),這在當(dāng)時(shí)中職學(xué)校是不多見的。

硬件設(shè)備更新?lián)Q代快,學(xué)校不可能隔一年就換一批計(jì)算機(jī)供學(xué)生拆裝,雖然學(xué)生參加了強(qiáng)化訓(xùn)練,但與社會(huì)實(shí)際應(yīng)用仍然存在銜接不上的問題。購置設(shè)備限于經(jīng)費(fèi)限制?，F(xiàn)在浙江省紹興市職教中心的學(xué)生經(jīng)常反映高一學(xué)過的裝機(jī)知識(shí),如果不經(jīng)常練習(xí),就會(huì)忘記,而學(xué)校鑒于師資和設(shè)備的限制,不可能長期向?qū)W生開放裝機(jī)機(jī)房;也有學(xué)生反映學(xué)校拆裝的計(jì)算機(jī)與市面上的流行配置不相符,學(xué)了不能適應(yīng)實(shí)際需求,雖然學(xué)?？匣ù罅赓徶脤?shí)驗(yàn)設(shè)備,但始終跟不上市場的變化。如果用虛擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)組裝訓(xùn)練,則學(xué)生在裝機(jī)強(qiáng)化課后,在掌握基本知識(shí)之后就可以反復(fù)練習(xí)和學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)模塊了,學(xué)校也可以根據(jù)市場變化,通過及時(shí)更新素材庫來適應(yīng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用。

二、桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀

1.什么是桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)(Desktop VR)是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級(jí)工作站綜合立體圖形、自然交互等技術(shù),以營造與客觀世界高度類似的逼真、虛擬的環(huán)境,將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的應(yīng)用系統(tǒng)。它要求參與者使用輸入設(shè)備,通過計(jì)算機(jī)屏幕觀察模擬環(huán)境并操縱其中的物體。由于用戶坐在顯示器前,通過屏幕觀察虛擬世界并與之交互,參與者會(huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾而缺乏沉浸感,雖然難以做到完全投入,但其結(jié)構(gòu)簡單,在計(jì)算機(jī)組裝訓(xùn)練中只需要鼠標(biāo)就能實(shí)現(xiàn)交互,成本較低,學(xué)校不需額外增添其他設(shè)備,易于普及推廣。目前很多應(yīng)用在教育領(lǐng)域的虛擬實(shí)驗(yàn)都是使用該種系統(tǒng)完成的。

2.在教育領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

在教育領(lǐng)域中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(虛擬實(shí)驗(yàn)室),最早是在1989年由美國University of Virginia的William Wolf提出。美國從1965年虛擬現(xiàn)實(shí)雛形出現(xiàn)至今,已經(jīng)有了四十多年研究歷史,但是直到80年代,虛擬現(xiàn)實(shí)才被投入到教育中,所以它在教育領(lǐng)域的應(yīng)用歷史還只有二十多年。很多高等學(xué)府開發(fā)了相當(dāng)好的虛擬教學(xué)系統(tǒng)用于服務(wù)教學(xué)。北卡羅來納大學(xué)的計(jì)算機(jī)系是進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)研究最早最著名的大學(xué)。除了美國之外,其他國家大學(xué)也投身于虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中來。

我國真正進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的研究只有十年左右的時(shí)間,1996年天津大學(xué)在SGI硬件平臺(tái)上基于VRML的國際標(biāo)準(zhǔn),最早開發(fā)了虛擬校園,開啟了虛擬現(xiàn)實(shí)在我國教育領(lǐng)域的序幕。從此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸地調(diào)入到了教育領(lǐng)域的應(yīng)用。清華大學(xué)利用虛擬儀器構(gòu)建了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng);最近,浙江旅游職業(yè)學(xué)院與杭州“神州視景”共同開發(fā)了國內(nèi)第一個(gè)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的模擬導(dǎo)游實(shí)驗(yàn)室。

中職學(xué)校中也已經(jīng)有很多骨干教師提出把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制圖、數(shù)控等專業(yè)上,近幾年的省級(jí)、國家級(jí)的骨干教師培訓(xùn)中也將虛擬現(xiàn)實(shí)提到了學(xué)習(xí)日程,充分肯定了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在中職實(shí)訓(xùn)課中的必要性。

三、實(shí)現(xiàn)思路

1.學(xué)?，F(xiàn)有條件分析

開發(fā)一個(gè)大型的裝機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室需要大筆的資金和設(shè)備,購買一套虛擬實(shí)驗(yàn)室也需要大量的資金,對(duì)于中職學(xué)校而言不太現(xiàn)實(shí),畢竟投入太大。鑒于學(xué)校目前的設(shè)備配置和師資現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為可以做出一個(gè)基于Flash的二維的虛擬平臺(tái),也可以運(yùn)用Quest3D來實(shí)現(xiàn)三維互動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這兩種軟件簡單易學(xué)、上手快、功能齊全,對(duì)于計(jì)算機(jī)配置沒有特別高的要求,像浙江省紹興市職教中心實(shí)訓(xùn)樓中的計(jì)算機(jī)都能承擔(dān)起制作任務(wù)。因此在硬件方面,學(xué)校不需要額外的資金投入,在人手方面,圖形設(shè)計(jì)、三維建模、代碼編寫、硬件組裝等方面中職學(xué)校都有相關(guān)精通的師資,所以只要稍加培訓(xùn)相關(guān)軟件的使用,就可以投入開發(fā)制作。

2.功能模塊分析

(1)進(jìn)度保存模塊:該模塊允許每個(gè)學(xué)生在操作時(shí)能即時(shí)保存,此模塊擬用數(shù)據(jù)庫鏈接實(shí)現(xiàn)。

(2)硬件知識(shí)學(xué)習(xí)模塊:學(xué)生裝機(jī)必須具備相關(guān)的理論知識(shí),在這一模塊專門設(shè)置硬件教學(xué)播放模塊讓學(xué)生進(jìn)行觀察性學(xué)習(xí)。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前,先看這些視頻,直觀地了解計(jì)算機(jī)硬件組裝的全過程。保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟有較清楚的認(rèn)識(shí)。此外還得具備各個(gè)部件的局部演示和功能介紹,此模塊主要利用Flash來實(shí)現(xiàn)。

(3)硬件資源庫模塊:計(jì)算機(jī)組裝涉及的硬件數(shù)量眾多,品牌豐富,硬件的更新速度快,如果在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中只提供最基本的幾個(gè)硬件,會(huì)和實(shí)際情況有很大出入,也無法適應(yīng)學(xué)生需求,所以需創(chuàng)建一個(gè)用于存放硬件模型的資源庫,將市面上流行的硬件板卡根據(jù)實(shí)際尺寸進(jìn)行模型的創(chuàng)建并不斷積累,以形成一個(gè)較大規(guī)模的硬件資源庫,學(xué)生可以根據(jù)自己的裝機(jī)需求在資源庫中選取相應(yīng)的硬件模型,并且將自己選中的模型羅列在組裝平臺(tái)界面中進(jìn)行組裝。此模塊中主要是解決建模的問題,可以使用3D MAX或者SketchUp來實(shí)現(xiàn),再用Quest3D實(shí)現(xiàn)各模型的動(dòng)態(tài)導(dǎo)入。

(4)裝機(jī)平臺(tái)模塊:這一模塊是整個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)中最重要、最關(guān)鍵的模塊,屬于學(xué)生理論中的技能性學(xué)習(xí)活動(dòng)。這個(gè)逼真的三維虛擬場景可以使用3D MAX或Quest3D創(chuàng)建,計(jì)算機(jī)組裝過程中需要的虛擬硬件出現(xiàn)在相關(guān)列表中,學(xué)生通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖動(dòng)操作來完成實(shí)驗(yàn),除了交互之外,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還要能夠正確辨別學(xué)生的操作是否正確,并給出相關(guān)提示,指示學(xué)生下一步的操作。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的仿真模擬用Quest3D實(shí)現(xiàn)。

(5)實(shí)驗(yàn)評(píng)估模塊:在學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后,還應(yīng)該對(duì)學(xué)生的此次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)估、打分,此模塊需要用Flash實(shí)現(xiàn)。

(作者單位:李 赟浙江工業(yè)大學(xué);

李 赟顧 容浙江省紹興市職教中心)