基于虛擬現(xiàn)實(shí)的制圖交互性教室構(gòu)建研究

要：采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言VRML對(duì)工程制圖中的重點(diǎn)模型進(jìn)行重構(gòu)，采用B/S模型架構(gòu)，構(gòu)建教學(xué)互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，增強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：工程制圖；虛擬現(xiàn)實(shí)；交互性教學(xué)

DOIDOI：10.11907/rjdk.143826

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）002010202

基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：中國(guó)高等職業(yè)技術(shù)教育研究會(huì)研究項(xiàng)目（GZYLX1213350）； 深圳教育學(xué)會(huì)研究項(xiàng)目（ZD-2011006）

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：堯燕（1976-），男，湖南邵陽(yáng)人，碩士，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)楣こ讨茍D、CAD。

0引言

工程制圖課程為工科的一門(mén)基礎(chǔ)課程，該課程學(xué)習(xí)需要一定的空間想象力和形體抽象的表達(dá)能力。高職學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)一般不是特別牢固，發(fā)散性思維較缺乏，往往對(duì)該課程學(xué)習(xí)興趣不大，學(xué)習(xí)效果不佳。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多感知性、浸沒(méi)感、交互性、構(gòu)想性等特征，可以較好地解決學(xué)生空間想象力不足的問(wèn)題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[1]。

1工程制圖課程教學(xué)現(xiàn)狀

工程制圖是一門(mén)形象思維很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生有較強(qiáng)的空間想象能力，以實(shí)現(xiàn)空間形體到平面圖形的相互轉(zhuǎn)換。

目前，工程制圖課程一般用實(shí)物模型幫助學(xué)生提高思維能力。模型一旦做好就不能修改，且實(shí)物模型數(shù)量有限，不能很好地滿足教學(xué)需要。此外，實(shí)物模型成本較高，往往不能得到及時(shí)配置，實(shí)物模型不能完全滿足現(xiàn)代制圖教學(xué)的需要。有些信息技術(shù)條件較好的學(xué)校采用了CAD模型，可以讓學(xué)生隨時(shí)隨地觀察。但是CAD模型的視角是固定的，不具有交互性，且需要專(zhuān)門(mén)的CAD軟件支持，而專(zhuān)業(yè)的CAD軟件成本較大。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)一般三維場(chǎng)景表現(xiàn)技術(shù)，不但可以將學(xué)生難于理解的空間形體展示出來(lái)，而且可以多角度動(dòng)態(tài)觀察虛擬模型，對(duì)其進(jìn)行切割和虛擬裝配等操作，使學(xué)生對(duì)空間感知具有多樣性和交互性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，符合現(xiàn)代教育寓教于樂(lè)的教學(xué)思想。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR），又稱(chēng)“靈境技術(shù)”，是20世紀(jì)末興起的一門(mén)綜合性信息技術(shù)。它集中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、人體工程學(xué)、人機(jī)交互理論等多個(gè)領(lǐng)域的最新成果，具有多感知性、浸沒(méi)感、交互性、構(gòu)想性等特征[1]，目前廣泛應(yīng)用于航天航空訓(xùn)練系統(tǒng)、多人多工種協(xié)同工作系統(tǒng)等領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言VRML（Virtual Reality Modeling Language）是三維模型的網(wǎng)絡(luò)表達(dá)形式。專(zhuān)業(yè)CAD模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享和網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端實(shí)際操作[23]。虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言定義了一種將3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從語(yǔ)法角度看，VRML文件是顯式定義和組織起來(lái)的3D多媒體對(duì)象集合。而從語(yǔ)義角度看，VRML文件描述的是基于時(shí)間的交互式3D多媒體信息的抽象行為，其描述的基于時(shí)間的3D空間稱(chēng)為虛擬境界（Virtual World），簡(jiǎn)稱(chēng)境界，所包含的圖形對(duì)象和聽(tīng)覺(jué)對(duì)象可通過(guò)多種機(jī)制動(dòng)態(tài)修改[4]。

3虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)為用戶(hù)提供了一種虛擬環(huán)境，讓用戶(hù)在該環(huán)境中可建立虛擬模型，并進(jìn)行互動(dòng)操作。

3.1系統(tǒng)環(huán)境變量設(shè)置

為保證系統(tǒng)VRML場(chǎng)景和Java Applet之間的通信，系統(tǒng)需要有支持Java和VRML的瀏覽器。同時(shí)還需對(duì)系統(tǒng)環(huán)境變量進(jìn)行設(shè)置。首先，在BS Contact VRML/X3D的安裝目錄下找到以下2個(gè)文件C：＼＼Program Files＼＼Bitmanagement Software＼＼BS Contact VRML X3D＼＼cc3deai.zip及C：＼＼Program Files＼＼Bitmanagement Software＼＼BS Contact VRML X3D＼＼cc3dtrustlib.zip，將此2個(gè)文件復(fù)制到至程序工作目錄。然后下載vrml97.jar程序工作目錄下。最后設(shè)置3個(gè)系統(tǒng)變量，分別為：①變量名：JAVA_HOME 變量值：D：＼＼jdk1.3.1_18；②變量名：Path 變量值：%JAVA_HOME%＼＼bin；③變量名：CLASSPATH 變量值：；%JAVA_HOME%＼＼jre＼＼lib＼＼vrml97.jar；%JAVA_HOME%＼＼jre＼＼lib＼＼rt.jar；%JAVA_HOME%jre＼＼lib＼＼il8n.jar；%JAVA_HOME%＼＼lib＼＼dt.jar；%JAVA_HOME%＼＼lib＼＼tools.jar；C：＼＼Program Files＼＼Bitmanagement Software＼＼BS Contact VRML X3D＼＼cc3deai.zip；C：＼＼Program Files＼＼Bitmanagement Software＼＼BS Contact VRML X3D＼＼cc3dtrustlib.zip。

3.2系統(tǒng)構(gòu)建

系統(tǒng)環(huán)境采用3Dmax軟件構(gòu)建，并添加光源和材質(zhì)，然后轉(zhuǎn)入VrmlPad軟件中進(jìn)行控制程序編制和調(diào)試。對(duì)于單個(gè)模型，采用專(zhuān)業(yè)CAD軟件建模效率更高，可先用CAD軟件建模，然后采用另存方式轉(zhuǎn)換成VRML格式，再用VrmlPad軟件集成。在VrmlPad軟件中，主要采用Java控制模型之間的相互關(guān)系。

4虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布和使用

本平臺(tái)采用Browser/Server結(jié)構(gòu)，采用通用的網(wǎng)頁(yè)形式發(fā)布。圖1為實(shí)際教學(xué)中發(fā)布的虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)。

圖1發(fā)布后的虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)

5結(jié)語(yǔ)

本研究采用虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言VRML，對(duì)工程制圖中的重點(diǎn)模型進(jìn)行重構(gòu)，采用B/S模型架構(gòu)，增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入工程制圖實(shí)踐教學(xué)中，為制圖的教學(xué)提供一個(gè)全新的平臺(tái)。該方法主要針對(duì)工程制圖課程，同時(shí)可以推廣到其它課程的教學(xué)中。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

[1＼]胡航，詹青龍. 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的職業(yè)教育一體化教學(xué)：內(nèi)涵、功能與設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2014，13（4）：163165.

[2]殷柯，王順，智同生.VRML在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用研究[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2011（22）：80.

[3]鄧新農(nóng). 關(guān)于3Dmax中的VRML運(yùn)用的探討[J].職業(yè)技術(shù)，2010（5）：4344.

[4]張亞玲，高傲涵，張璟. 基于VRML和JAVA3D的圖形協(xié)同模式 [J].微計(jì)算機(jī)信息，2010（3）：3032.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：陳福時(shí)）