虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在煤礦機(jī)電專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用

李智

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備和場(chǎng)景進(jìn)行重建，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)機(jī)電專業(yè)課程進(jìn)行開發(fā)，能夠達(dá)到良好的教學(xué)效果。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以應(yīng)用在采煤、化工、地質(zhì)等專業(yè)的教學(xué)中，替代部分現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué) 煤礦機(jī)電 虛擬實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

煤礦類教育教學(xué)中存在諸多難題，其中表現(xiàn)最為突出的是現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。由于煤礦條件復(fù)雜且要求嚴(yán)格，要大批進(jìn)行實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)難度非常大，不能保證安全，尤其體現(xiàn)在采煤、井下地質(zhì)構(gòu)造、機(jī)電設(shè)備類課程的教學(xué)中。近幾年來，煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的教學(xué)方法、方式已不能滿足實(shí)際教學(xué)要求。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在此提供了有力的補(bǔ)充，它可將現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景及設(shè)備按比例進(jìn)行建模，利用計(jì)算機(jī)來模擬設(shè)備運(yùn)行，實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行虛擬操作，已達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

2 《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)開發(fā)

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)也叫計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)，它利用計(jì)算機(jī)和其他專用虛擬現(xiàn)實(shí)硬件、軟件模擬一個(gè)逼真的環(huán)境，通過參與者與“模擬環(huán)境”的交互作用來進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)，是一種雙向交互式教與學(xué)的教學(xué)形式。它不僅適用于課堂教學(xué)，使課堂教學(xué)更加形象和生動(dòng)，也適用于互動(dòng)性實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在大型游戲的開發(fā)中使用非常廣泛，操作者可以進(jìn)入虛擬世界與其互動(dòng)。在煤礦機(jī)電專業(yè)教學(xué)中也可以對(duì)整個(gè)礦井所有設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬，讓初學(xué)者能夠身臨其境地進(jìn)入到礦井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解整個(gè)礦井所有組成系統(tǒng)的作用和具體崗位職責(zé)，模擬進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作以達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的。

2.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)開發(fā)

設(shè)備類課程的理論教學(xué)主要講的是設(shè)備結(jié)構(gòu)及其原理，這就需要能夠直觀看到設(shè)備本身，其現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于課堂教學(xué)，在課堂教學(xué)受到限制的情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件就顯得尤為重要。虛擬現(xiàn)實(shí)的第一步是建模，對(duì)設(shè)備進(jìn)行建模的方法很多，可以采用常見的建模軟件，如Pro-e、UG、Catia、SoiledWorks等工具進(jìn)行建模。以上四種軟件均為機(jī)電設(shè)備常用建模軟件，這些軟件可以準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備所有零件進(jìn)行數(shù)字化建模并組裝，還可以計(jì)算每個(gè)零件之間的干涉情況，更真實(shí)地反應(yīng)設(shè)備實(shí)際裝配情況，用3DS Max進(jìn)行著色或貼圖后，預(yù)覽可得到逼真的立體效果。其他非機(jī)械類課程也可以直接使用3DS Max進(jìn)行建模。最后，把所得到的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Qutes3D中進(jìn)行整合，并且添加必要的物理及邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的虛擬和互動(dòng)。以下為液力耦合器教學(xué)開發(fā)過程。

利用Pro-e進(jìn)行建模：首先在軟件內(nèi)通過草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等工具，根據(jù)零件具體尺寸建立零件模型，如圖1所示。然后新建“組件”模塊，把所有已經(jīng)建模零件根據(jù)其裝配關(guān)系進(jìn)行模擬裝配，如圖2所示。最后把組件模塊另存為stl格式文件（用三角網(wǎng)格來表現(xiàn)3D模型的文件）以便于把模型能夠?qū)?DS Max內(nèi)進(jìn)行處理。

利用3DS Max進(jìn)行著色或貼圖，也可以建立一些沒有尺寸要求的模型，如果需要場(chǎng)景也可以在3DS Max內(nèi)實(shí)現(xiàn)。最終把所有模型和場(chǎng)景都要另存為x格式文件（記錄模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和連線情況的文件），這樣就可以把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Quets3D內(nèi)進(jìn)行組合、模擬、互動(dòng)。

使用Quest3D實(shí)現(xiàn)模型場(chǎng)景重建，軟件內(nèi)部本身自建了許多模塊，如場(chǎng)景Scene、物體Objects、邏輯Logic、變量Variables、動(dòng)畫Animation、聲音Sound、物理仿真Physics，只需要直接拖動(dòng)并連接實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系就能夠得到預(yù)期的效果。本例通過軟件渲染出液力耦合器的3D模型，通過人機(jī)交互可以對(duì)液力耦合器進(jìn)行拆卸和安裝、外殼變?yōu)榘胪该?、模擬內(nèi)部零件工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在整個(gè)過程中通過操作鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)視角的變換，全方位直觀的展現(xiàn)液力耦合器的結(jié)構(gòu)及工作原理。如圖3所示。

在液力耦合器結(jié)構(gòu)原理的教學(xué)中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)通過傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)中認(rèn)真聽課人數(shù)占比約為85%，10分鐘后約為60%；虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)利用計(jì)算機(jī)建模，通過模擬拆解可以清晰地看清楚其結(jié)構(gòu)組成和工作過程，并在操作過程中進(jìn)行講解，班級(jí)中認(rèn)真聽課人數(shù)占比達(dá)到95%以上，10分鐘后仍然在85%以上，可以看出利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)備類課程的教學(xué)中，教學(xué)效果及學(xué)生持續(xù)認(rèn)真聽課時(shí)間都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)教學(xué)。

2.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)

調(diào)度絞車拆裝操作實(shí)訓(xùn)，是《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》課程當(dāng)中非常重要的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括調(diào)度絞車拆卸和安裝、磁力啟動(dòng)器與絞車的接線、絞車運(yùn)轉(zhuǎn)操作，一次實(shí)訓(xùn)需要三小時(shí)左右。學(xué)生直接進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)，完成任務(wù)難度很大，設(shè)備也容易在不斷地拆卸安裝過程中出現(xiàn)故障，且實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，不可能同時(shí)滿足全班同時(shí)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以解決以上問題。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以重現(xiàn)拆卸和安裝步驟，先讓學(xué)生熟悉實(shí)訓(xùn)操作過程，再通過軟件的人機(jī)交互功能，模擬進(jìn)行拆卸安裝，合格后再進(jìn)行實(shí)際操作。提高了學(xué)習(xí)效率、降低了設(shè)備使用頻率、延長了設(shè)備的使用時(shí)間。

3 結(jié)語

通過完成虛擬現(xiàn)實(shí)軟件對(duì)《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》課程開發(fā)，可以看出虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)可以彌補(bǔ)課堂內(nèi)的不足，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生技能的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)也起到積極的作用。同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件也適用模擬較危險(xiǎn)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，如采煤、化工等專業(yè)，彌補(bǔ)其現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的不足。

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，陜西 咸陽 712000）

參考文獻(xiàn)：

[1]姬洪強(qiáng).淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008（3）.endprint

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備和場(chǎng)景進(jìn)行重建，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)機(jī)電專業(yè)課程進(jìn)行開發(fā)，能夠達(dá)到良好的教學(xué)效果。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以應(yīng)用在采煤、化工、地質(zhì)等專業(yè)的教學(xué)中，替代部分現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué) 煤礦機(jī)電 虛擬實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

煤礦類教育教學(xué)中存在諸多難題，其中表現(xiàn)最為突出的是現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。由于煤礦條件復(fù)雜且要求嚴(yán)格，要大批進(jìn)行實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)難度非常大，不能保證安全，尤其體現(xiàn)在采煤、井下地質(zhì)構(gòu)造、機(jī)電設(shè)備類課程的教學(xué)中。近幾年來，煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的教學(xué)方法、方式已不能滿足實(shí)際教學(xué)要求。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在此提供了有力的補(bǔ)充，它可將現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景及設(shè)備按比例進(jìn)行建模，利用計(jì)算機(jī)來模擬設(shè)備運(yùn)行，實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行虛擬操作，已達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

2 《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)開發(fā)

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)也叫計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)，它利用計(jì)算機(jī)和其他專用虛擬現(xiàn)實(shí)硬件、軟件模擬一個(gè)逼真的環(huán)境，通過參與者與“模擬環(huán)境”的交互作用來進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)，是一種雙向交互式教與學(xué)的教學(xué)形式。它不僅適用于課堂教學(xué)，使課堂教學(xué)更加形象和生動(dòng)，也適用于互動(dòng)性實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在大型游戲的開發(fā)中使用非常廣泛，操作者可以進(jìn)入虛擬世界與其互動(dòng)。在煤礦機(jī)電專業(yè)教學(xué)中也可以對(duì)整個(gè)礦井所有設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬，讓初學(xué)者能夠身臨其境地進(jìn)入到礦井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解整個(gè)礦井所有組成系統(tǒng)的作用和具體崗位職責(zé)，模擬進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作以達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的。

2.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)開發(fā)

設(shè)備類課程的理論教學(xué)主要講的是設(shè)備結(jié)構(gòu)及其原理，這就需要能夠直觀看到設(shè)備本身，其現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于課堂教學(xué)，在課堂教學(xué)受到限制的情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件就顯得尤為重要。虛擬現(xiàn)實(shí)的第一步是建模，對(duì)設(shè)備進(jìn)行建模的方法很多，可以采用常見的建模軟件，如Pro-e、UG、Catia、SoiledWorks等工具進(jìn)行建模。以上四種軟件均為機(jī)電設(shè)備常用建模軟件，這些軟件可以準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備所有零件進(jìn)行數(shù)字化建模并組裝，還可以計(jì)算每個(gè)零件之間的干涉情況，更真實(shí)地反應(yīng)設(shè)備實(shí)際裝配情況，用3DS Max進(jìn)行著色或貼圖后，預(yù)覽可得到逼真的立體效果。其他非機(jī)械類課程也可以直接使用3DS Max進(jìn)行建模。最后，把所得到的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Qutes3D中進(jìn)行整合，并且添加必要的物理及邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的虛擬和互動(dòng)。以下為液力耦合器教學(xué)開發(fā)過程。

利用Pro-e進(jìn)行建模：首先在軟件內(nèi)通過草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等工具，根據(jù)零件具體尺寸建立零件模型，如圖1所示。然后新建“組件”模塊，把所有已經(jīng)建模零件根據(jù)其裝配關(guān)系進(jìn)行模擬裝配，如圖2所示。最后把組件模塊另存為stl格式文件（用三角網(wǎng)格來表現(xiàn)3D模型的文件）以便于把模型能夠?qū)?DS Max內(nèi)進(jìn)行處理。

利用3DS Max進(jìn)行著色或貼圖，也可以建立一些沒有尺寸要求的模型，如果需要場(chǎng)景也可以在3DS Max內(nèi)實(shí)現(xiàn)。最終把所有模型和場(chǎng)景都要另存為x格式文件（記錄模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和連線情況的文件），這樣就可以把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Quets3D內(nèi)進(jìn)行組合、模擬、互動(dòng)。

使用Quest3D實(shí)現(xiàn)模型場(chǎng)景重建，軟件內(nèi)部本身自建了許多模塊，如場(chǎng)景Scene、物體Objects、邏輯Logic、變量Variables、動(dòng)畫Animation、聲音Sound、物理仿真Physics，只需要直接拖動(dòng)并連接實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系就能夠得到預(yù)期的效果。本例通過軟件渲染出液力耦合器的3D模型，通過人機(jī)交互可以對(duì)液力耦合器進(jìn)行拆卸和安裝、外殼變?yōu)榘胪该?、模擬內(nèi)部零件工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在整個(gè)過程中通過操作鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)視角的變換，全方位直觀的展現(xiàn)液力耦合器的結(jié)構(gòu)及工作原理。如圖3所示。

在液力耦合器結(jié)構(gòu)原理的教學(xué)中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)通過傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)中認(rèn)真聽課人數(shù)占比約為85%，10分鐘后約為60%；虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)利用計(jì)算機(jī)建模，通過模擬拆解可以清晰地看清楚其結(jié)構(gòu)組成和工作過程，并在操作過程中進(jìn)行講解，班級(jí)中認(rèn)真聽課人數(shù)占比達(dá)到95%以上，10分鐘后仍然在85%以上，可以看出利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)備類課程的教學(xué)中，教學(xué)效果及學(xué)生持續(xù)認(rèn)真聽課時(shí)間都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)教學(xué)。

2.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)

調(diào)度絞車拆裝操作實(shí)訓(xùn)，是《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》課程當(dāng)中非常重要的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括調(diào)度絞車拆卸和安裝、磁力啟動(dòng)器與絞車的接線、絞車運(yùn)轉(zhuǎn)操作，一次實(shí)訓(xùn)需要三小時(shí)左右。學(xué)生直接進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)，完成任務(wù)難度很大，設(shè)備也容易在不斷地拆卸安裝過程中出現(xiàn)故障，且實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，不可能同時(shí)滿足全班同時(shí)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以解決以上問題。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以重現(xiàn)拆卸和安裝步驟，先讓學(xué)生熟悉實(shí)訓(xùn)操作過程，再通過軟件的人機(jī)交互功能，模擬進(jìn)行拆卸安裝，合格后再進(jìn)行實(shí)際操作。提高了學(xué)習(xí)效率、降低了設(shè)備使用頻率、延長了設(shè)備的使用時(shí)間。

3 結(jié)語

通過完成虛擬現(xiàn)實(shí)軟件對(duì)《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》課程開發(fā)，可以看出虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)可以彌補(bǔ)課堂內(nèi)的不足，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生技能的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)也起到積極的作用。同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件也適用模擬較危險(xiǎn)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，如采煤、化工等專業(yè)，彌補(bǔ)其現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的不足。

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，陜西 咸陽 712000）

參考文獻(xiàn)：

[1]姬洪強(qiáng).淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008（3）.endprint

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)υO(shè)備和場(chǎng)景進(jìn)行重建，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)機(jī)電專業(yè)課程進(jìn)行開發(fā)，能夠達(dá)到良好的教學(xué)效果。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以應(yīng)用在采煤、化工、地質(zhì)等專業(yè)的教學(xué)中，替代部分現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué) 煤礦機(jī)電 虛擬實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

煤礦類教育教學(xué)中存在諸多難題，其中表現(xiàn)最為突出的是現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。由于煤礦條件復(fù)雜且要求嚴(yán)格，要大批進(jìn)行實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)難度非常大，不能保證安全，尤其體現(xiàn)在采煤、井下地質(zhì)構(gòu)造、機(jī)電設(shè)備類課程的教學(xué)中。近幾年來，煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的教學(xué)方法、方式已不能滿足實(shí)際教學(xué)要求。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在此提供了有力的補(bǔ)充，它可將現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景及設(shè)備按比例進(jìn)行建模，利用計(jì)算機(jī)來模擬設(shè)備運(yùn)行，實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行虛擬操作，已達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

2 《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)開發(fā)

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)也叫計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)，它利用計(jì)算機(jī)和其他專用虛擬現(xiàn)實(shí)硬件、軟件模擬一個(gè)逼真的環(huán)境，通過參與者與“模擬環(huán)境”的交互作用來進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí)，是一種雙向交互式教與學(xué)的教學(xué)形式。它不僅適用于課堂教學(xué)，使課堂教學(xué)更加形象和生動(dòng)，也適用于互動(dòng)性實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件在大型游戲的開發(fā)中使用非常廣泛，操作者可以進(jìn)入虛擬世界與其互動(dòng)。在煤礦機(jī)電專業(yè)教學(xué)中也可以對(duì)整個(gè)礦井所有設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬，讓初學(xué)者能夠身臨其境地進(jìn)入到礦井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解整個(gè)礦井所有組成系統(tǒng)的作用和具體崗位職責(zé)，模擬進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作以達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的。

2.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)開發(fā)

設(shè)備類課程的理論教學(xué)主要講的是設(shè)備結(jié)構(gòu)及其原理，這就需要能夠直觀看到設(shè)備本身，其現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于課堂教學(xué)，在課堂教學(xué)受到限制的情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件就顯得尤為重要。虛擬現(xiàn)實(shí)的第一步是建模，對(duì)設(shè)備進(jìn)行建模的方法很多，可以采用常見的建模軟件，如Pro-e、UG、Catia、SoiledWorks等工具進(jìn)行建模。以上四種軟件均為機(jī)電設(shè)備常用建模軟件，這些軟件可以準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備所有零件進(jìn)行數(shù)字化建模并組裝，還可以計(jì)算每個(gè)零件之間的干涉情況，更真實(shí)地反應(yīng)設(shè)備實(shí)際裝配情況，用3DS Max進(jìn)行著色或貼圖后，預(yù)覽可得到逼真的立體效果。其他非機(jī)械類課程也可以直接使用3DS Max進(jìn)行建模。最后，把所得到的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Qutes3D中進(jìn)行整合，并且添加必要的物理及邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的虛擬和互動(dòng)。以下為液力耦合器教學(xué)開發(fā)過程。

利用Pro-e進(jìn)行建模：首先在軟件內(nèi)通過草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等工具，根據(jù)零件具體尺寸建立零件模型，如圖1所示。然后新建“組件”模塊，把所有已經(jīng)建模零件根據(jù)其裝配關(guān)系進(jìn)行模擬裝配，如圖2所示。最后把組件模塊另存為stl格式文件（用三角網(wǎng)格來表現(xiàn)3D模型的文件）以便于把模型能夠?qū)?DS Max內(nèi)進(jìn)行處理。

利用3DS Max進(jìn)行著色或貼圖，也可以建立一些沒有尺寸要求的模型，如果需要場(chǎng)景也可以在3DS Max內(nèi)實(shí)現(xiàn)。最終把所有模型和場(chǎng)景都要另存為x格式文件（記錄模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和連線情況的文件），這樣就可以把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Quets3D內(nèi)進(jìn)行組合、模擬、互動(dòng)。

使用Quest3D實(shí)現(xiàn)模型場(chǎng)景重建，軟件內(nèi)部本身自建了許多模塊，如場(chǎng)景Scene、物體Objects、邏輯Logic、變量Variables、動(dòng)畫Animation、聲音Sound、物理仿真Physics，只需要直接拖動(dòng)并連接實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系就能夠得到預(yù)期的效果。本例通過軟件渲染出液力耦合器的3D模型，通過人機(jī)交互可以對(duì)液力耦合器進(jìn)行拆卸和安裝、外殼變?yōu)榘胪该?、模擬內(nèi)部零件工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在整個(gè)過程中通過操作鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)視角的變換，全方位直觀的展現(xiàn)液力耦合器的結(jié)構(gòu)及工作原理。如圖3所示。

在液力耦合器結(jié)構(gòu)原理的教學(xué)中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)通過傳統(tǒng)教學(xué)班級(jí)中認(rèn)真聽課人數(shù)占比約為85%，10分鐘后約為60%；虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)利用計(jì)算機(jī)建模，通過模擬拆解可以清晰地看清楚其結(jié)構(gòu)組成和工作過程，并在操作過程中進(jìn)行講解，班級(jí)中認(rèn)真聽課人數(shù)占比達(dá)到95%以上，10分鐘后仍然在85%以上，可以看出利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)備類課程的教學(xué)中，教學(xué)效果及學(xué)生持續(xù)認(rèn)真聽課時(shí)間都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)教學(xué)。

2.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)

調(diào)度絞車拆裝操作實(shí)訓(xùn)，是《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》課程當(dāng)中非常重要的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括調(diào)度絞車拆卸和安裝、磁力啟動(dòng)器與絞車的接線、絞車運(yùn)轉(zhuǎn)操作，一次實(shí)訓(xùn)需要三小時(shí)左右。學(xué)生直接進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)，完成任務(wù)難度很大，設(shè)備也容易在不斷地拆卸安裝過程中出現(xiàn)故障，且實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量有限，不可能同時(shí)滿足全班同時(shí)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以解決以上問題。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以重現(xiàn)拆卸和安裝步驟，先讓學(xué)生熟悉實(shí)訓(xùn)操作過程，再通過軟件的人機(jī)交互功能，模擬進(jìn)行拆卸安裝，合格后再進(jìn)行實(shí)際操作。提高了學(xué)習(xí)效率、降低了設(shè)備使用頻率、延長了設(shè)備的使用時(shí)間。

3 結(jié)語

通過完成虛擬現(xiàn)實(shí)軟件對(duì)《煤礦運(yùn)輸提升設(shè)備》課程開發(fā)，可以看出虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)可以彌補(bǔ)課堂內(nèi)的不足，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生技能的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)也起到積極的作用。同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件也適用模擬較危險(xiǎn)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，如采煤、化工等專業(yè)，彌補(bǔ)其現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的不足。

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，陜西 咸陽 712000）

參考文獻(xiàn)：

[1]姬洪強(qiáng).淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008（3）.endprint