虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)革新風(fēng)潮下三維技術(shù)教學(xué)的改革預(yù)期

張杰夫

摘要：近年來，社會各界掀起了一股VR熱潮，隨著各種智能化VR設(shè)備的普及，VR技術(shù)也將在教育領(lǐng)域逐漸發(fā)揮其影響，尤其在三維軟件教學(xué)方面，將進(jìn)一步豐富教育教學(xué)的手段。然而，目前從三維教學(xué)這一層面而言，VR技術(shù)尚未得到普及。本文旨在針對三維教學(xué)中所存在的問題，通過VR技術(shù)進(jìn)行分析與闡釋，從而闡述基于VR技術(shù)的三維教學(xué)改革、教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變以及對實驗教學(xué)手段的突破性變化。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；三維技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-9094-（2018）06C-0016-03

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異，大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等詞匯已經(jīng)逐漸為人們所熟知，其中虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual reality，VR）由于在人們的日常娛樂生活中占有相當(dāng)?shù)牡匚?，而更為被廣大群眾所接受，2016年也因為VR技術(shù)的大熱，被定義為VR元年。

虛擬現(xiàn)實，是一種建立在計算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、人工智能等綜合學(xué)科基礎(chǔ)上，通過綜合運用相關(guān)學(xué)科的技術(shù)與知識，構(gòu)建數(shù)字化虛擬世界，并允許使用者切實體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。通過多種計算機(jī)技術(shù)的綜合利用，構(gòu)建一個可以與人類多感官產(chǎn)生交互的虛擬環(huán)境，主要體現(xiàn)在視覺、聽覺、觸壓覺這三種感官上產(chǎn)生交互，使用者通過使用特定的VR設(shè)備，如VR眼鏡，肌電感應(yīng)手環(huán)進(jìn)行動作的捕捉，與所構(gòu)建的虛擬世界中的對象進(jìn)行互動，從而產(chǎn)生如臨其境的感受，它是一種先進(jìn)的數(shù)字人機(jī)接口技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的模擬技術(shù)，VR技術(shù)具有讓使用者能夠在由數(shù)字化虛擬世界中進(jìn)行與相應(yīng)目標(biāo)對象的交互，互動。這種互動的形式可以與人類本身所具有的主觀思維、邏輯思維相互影響，并在數(shù)據(jù)運算的基礎(chǔ)上進(jìn)一步全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息等，從而更完善地構(gòu)建虛擬世界。

概括地說，虛擬現(xiàn)實是基于多種計算機(jī)學(xué)科，如計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)等，使復(fù)雜數(shù)據(jù)得以進(jìn)行可視化交互操作的一種全新的操作手段。

近年來，大量的VR產(chǎn)品被相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)，如谷歌眼鏡，微軟的HoloLens等。相較于其他產(chǎn)品，微軟的全息透鏡全息頭盔功能更為完善。透鏡全息專用眼鏡集成了CPU、GPU和全息處理器，通過圖片、圖像和聲音，用戶可以在家中進(jìn)入虛擬世界，并以周圍環(huán)境為載體進(jìn)行全息體驗。同時，在微軟發(fā)布演示的真人體驗過程中，設(shè)計師通過佩戴HoloLens，通過手勢操作完成了對設(shè)計品的編輯與修改，通過即時渲染技術(shù)實現(xiàn)了三維影像與真實場景的疊加。在具體的Demo演示中，設(shè)計師在電腦上進(jìn)行摩托車模型的三維設(shè)計，通過HoloLens，在現(xiàn)實空間中投射出三維立體的摩托車產(chǎn)品模型，并通過VR眼鏡進(jìn)行直觀觀察，這種直觀的觀察形式，使得三維設(shè)計的編輯修改更便于直觀觀察，修改與編輯。

總而言之，同樣作為顯示技術(shù)的VR技術(shù)，相較于顯示器上的表現(xiàn)形式，VR技術(shù)在真實感、操作感以及表現(xiàn)形式的直觀方面更具有優(yōu)勢。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于三維軟件的影響

與傳統(tǒng)的三維軟件相比，VR技術(shù)與之最明顯的差異在于具體對象的顯示方式上，傳統(tǒng)的三維軟件的顯示方式依然是基于顯示屏的二維顯示方式，而VR在對象的顯示方式上有了明顯的改善，在虛擬環(huán)境中可以呈現(xiàn)完整的三維形式。

（一）操作方式的影響

在顯示方面，VR所帶來的優(yōu)秀的感知體驗無需贅言，同時在操作模式上，基于VR技術(shù)的操作平臺將為三維設(shè)計的操作帶來更多的改變。隨著技術(shù)的發(fā)展，便攜這一特性成為計算機(jī)功能中極為重要的考量指標(biāo)。隨著平板電腦技術(shù)的日新月異，各種功能也得到不斷的開發(fā)與增強(qiáng)，原本需要以臺式機(jī)進(jìn)行的工作現(xiàn)在可以通過平板電腦即可完成。尤其是多點觸控技術(shù)的發(fā)展，使得平板電腦的操作方式相較于傳統(tǒng)電腦的鼠標(biāo)鍵盤的操作方式更為簡化與直觀，使用者僅需通過點觸、滑動、拖拽等手勢就可以完成相關(guān)操作。在三維軟件中，基于傳統(tǒng)計算機(jī)的三維軟件需要通過鼠標(biāo)與鍵盤的點擊、移動、輸入，完成對于指令的輸入與編輯。比如主流三維設(shè)計軟件3DsMax，該軟件內(nèi)容較大，指令、參數(shù)較為復(fù)雜，操作也較為繁瑣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)該軟件，精通該軟件的困難程度較大，同時該軟件在如今這樣一個強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互的時代中顯得有些落伍。

（二）渲染效果的影響

在平板電腦平臺，以iPad為例，同樣出現(xiàn)了類似“Home Design”的三維設(shè)計軟件，這是一個基于觸摸屏多點觸控技術(shù)研究的衍生軟件，可以更為簡易地方式完成三維制圖，通過已有數(shù)據(jù)庫中所提供的相關(guān)素材，使用者僅僅需要通過拖拽，點觸等手勢，就可以實現(xiàn)對象模型的構(gòu)建，并完成即時渲染。由于軟件開發(fā)的時間相對較短，同時基于平板電腦平臺本身在顯示功能方面的缺陷，該軟件在渲染效果上相較于傳統(tǒng)計算機(jī)的渲染效果有所不足，但可以預(yù)見，這一缺陷將會隨著技術(shù)的改進(jìn)得到迅速的完善。

由此可以看出，隨著VR技術(shù)的發(fā)展，三維軟件的操作模式，將向更加便捷的操作模式，更加貼合大眾的操作需求方向發(fā)展。

三、當(dāng)前三維軟件教學(xué)中所面臨的問題

時代在發(fā)展，技術(shù)在更迭，傳統(tǒng)的三維設(shè)計軟件面臨著與時代脫節(jié)的窘迫境地，從當(dāng)下出現(xiàn)的新式三維設(shè)計制作軟件的操作方式與應(yīng)用度來分析，傳統(tǒng)的三維設(shè)計軟件存在著學(xué)習(xí)過程偏難，操作方式偏復(fù)雜的缺點。

（一）三維程序教學(xué)亟待加強(qiáng)

當(dāng)前，即時電腦硬件的性能正飛速地完善與加強(qiáng)，即時渲染技術(shù)得到了廣泛地普及，渲染方式可以以最短的時間帶來更加直觀的效果。因此，在未來的三維制作設(shè)計的課程中，這種即時渲染程序的教學(xué)應(yīng)當(dāng)?shù)玫郊訌?qiáng)。

（二）三維設(shè)計與制作的構(gòu)架原理需要改善

傳統(tǒng)的參數(shù)式、技巧式教學(xué)的比重下調(diào)，應(yīng)當(dāng)更加著重于三維設(shè)計與制作的構(gòu)架原理來執(zhí)行，這里以3DsMax的渲染教程為例，在該模塊的教學(xué)當(dāng)中，往往需要針對反射、折射等原理進(jìn)行講解，通過物理知識與光學(xué)原理的架構(gòu)，為學(xué)生營造完善的理論知識體系，進(jìn)而能夠?qū)θS建模有更直觀的想象。而在一些課外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)所培訓(xùn)出來的學(xué)生，盡管同樣能夠建立比較美觀有效的三維模型，甚至更加高效，但這種缺乏物理知識的框架構(gòu)建，基于其對于基本參數(shù)的死記硬背，憑借對于參數(shù)套路的應(yīng)用完成建模，從短期來看這一方法雖然可行，但是隨著程序的推陳出新，該方式一旦遇到新的操作平臺則極可能面臨著行不通的場面。而對于已經(jīng)充分掌握三維設(shè)計制作架構(gòu)原理的學(xué)生而言，不論程序如何變化，最終的效果要求依然是一致的，這些學(xué)生反而能夠更快速地掌握新的程序與技術(shù)的運用。

四、三維設(shè)計制作軟件教學(xué)的改革預(yù)期

（一）培養(yǎng)學(xué)生技能需求

在VR技術(shù)風(fēng)行的今天，三維設(shè)計制作軟件作為VR技術(shù)的基石，應(yīng)當(dāng)在教育方式上推行一定的變革，在傳統(tǒng)實驗室、機(jī)房教學(xué)的基礎(chǔ)上，建立以各種模型燈光為基礎(chǔ)的架構(gòu)原理實驗室，同時輔以VR設(shè)備，借此讓學(xué)生對三維構(gòu)架體系形成完整的認(rèn)知，甚至能夠在腦海中對于三維體系完成初步構(gòu)架，并以此為基礎(chǔ)，去適應(yīng)不斷涌現(xiàn)的新的三維設(shè)計制作程序，能夠與現(xiàn)時大行其道的VR風(fēng)潮接軌。

（二）學(xué)生就業(yè)需求

就當(dāng)下的產(chǎn)業(yè)人員需求而言，南京睿悅公司（Nibiru）所完成的行業(yè)調(diào)查結(jié)果表明，傳統(tǒng)三維制作設(shè)計專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生目前在相關(guān)行業(yè)的需求已經(jīng)接近了飽和，而相關(guān)企業(yè)對于VR技術(shù)人才以及對新三維設(shè)計制作軟件充分掌握的學(xué)生，相關(guān)企業(yè)有著相當(dāng)高的需求量并能夠提供更好的待遇。尤其是在VR游戲、VR程序設(shè)計等虛擬現(xiàn)實相關(guān)領(lǐng)域，掌握各種新式三維設(shè)計制作程序的學(xué)生，有著極佳的就業(yè)前景。

因此，不論是從培養(yǎng)學(xué)生技能的角度來看，還是從學(xué)生就業(yè)的角度而言，三維設(shè)計制作軟件的教學(xué)改革需要大力推進(jìn)，培養(yǎng)具有較強(qiáng)軟件應(yīng)用能力的應(yīng)用型復(fù)合型人才。

責(zé)任編輯：許潔

The Reform Expectation of Three-dimensional Technology Teaching under the Trend of Virtual Reality （VR） Technology Innovation

ZHANG Jie-fu

（Jinling Institute of Technology， Nanjing 211169， Jiangsu Province）

Abstract： In recent years， all walks of life have set off an upsurge of VR. With the popularization of various intelligent VR devices， VR technology will gradually exert its influence in the field of education， especially in the teaching of three-dimensional software， which will further enrich the means of education and teaching for the students. However， from the perspective of three-dimensional teaching， VR technology has not yet been popularized. The purpose of this paper is to analyze and explain the problems in three-dimensional teaching through VR technology， and to explain the three-dimensional teaching reform based on VR technology， the transformation of teaching mode and the breakthrough of experimental teaching methods.

Key words： virtual reality （VR）； three-dimensional technology； teaching reform