虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在三維設(shè)計(jì)制作教學(xué)中的探索與實(shí)踐

馬璐 楊文飛 曹珊珊

摘 要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，在教育領(lǐng)域的應(yīng)用漸漸嶄露頭角，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所營(yíng)造的是“自主性”的學(xué)習(xí)環(huán)境，在自身與環(huán)境的交互過(guò)程中，為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)新的學(xué)習(xí)方式方法.3DSMAX教學(xué)軟件是目前應(yīng)用較普遍的三維建模軟件，三維建模是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵一步.本課題以把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到教學(xué)中為目標(biāo)，力求在新的教學(xué)手段下提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提升課堂教學(xué)質(zhì)量.

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);3DSMAX

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1673-260X（2019）12-0141-02

1 背景及現(xiàn)狀分析

進(jìn)入信息化的時(shí)代后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VirtualReality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR），一直走在現(xiàn)代科技發(fā)展的前端，緊隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，這是一種利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，繼而生成的一種類(lèi)似于真實(shí)場(chǎng)景的模擬環(huán)境，依靠計(jì)算機(jī)生成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像形成真實(shí)的模擬環(huán)境，用戶(hù)完全沉浸于該環(huán)境中，體現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的三維視景，用戶(hù)在模擬場(chǎng)景中可自行感知，人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，眼睛、手勢(shì)、或其他人體行為動(dòng)作都可實(shí)現(xiàn).目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開(kāi)發(fā)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、游戲、Web3D、道路橋梁、地理、教育、演播室、水文地質(zhì)、維修、培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)、船舶制造、汽車(chē)仿真、軌道交通等領(lǐng)域.隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展成熟，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，多應(yīng)用于高校的科研和教學(xué)工作，各種諸如地理、物理、化學(xué)、生物虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生.在3DSMAX教學(xué)過(guò)程中，在建筑模型建模時(shí)如何更加直觀形象的獲取一些建筑空間信息的相關(guān)問(wèn)題上，在融入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，解決問(wèn)題將會(huì)更加快速、高效.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在3DSMAX教學(xué)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)也會(huì)更加明顯.學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，也會(huì)更加容易理解和掌握.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的3DSMAX被應(yīng)用于課堂教學(xué)后，將會(huì)促使教學(xué)手段向多元化的、信息化發(fā)展.

2 3DSMAX三維設(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的聯(lián)系

2.1 三維設(shè)計(jì)制作是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)

三維建模技術(shù)在各行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的作用，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最熱門(mén)的技術(shù)之一.而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展衍生的一門(mén)新的技術(shù)，得到了各行各業(yè)的重視，在三維建模的教學(xué)過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的加入更強(qiáng)調(diào)人機(jī)的交互體驗(yàn)，學(xué)習(xí)者由被動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽兂芍鲃?dòng)狀態(tài)，使其融入其中.這種空間并不真實(shí)存在，但是當(dāng)學(xué)習(xí)者置身于其中的時(shí)候，就會(huì)感覺(jué)處于一個(gè)感同身受、身臨其境的環(huán)境中.在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的建立過(guò)程中，三維建模技術(shù)是不可缺少的必要條件，是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建立基礎(chǔ).

2.2 三維制作課程的設(shè)計(jì)依靠虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)技術(shù)支撐

三維虛擬的環(huán)境場(chǎng)景是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵一步，所以較逼真的三維模型是重點(diǎn)，利用3DSMAX軟件對(duì)環(huán)境空間進(jìn)行建模、場(chǎng)景渲染等.在保證效果的前提下，利用虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)造，學(xué)生在運(yùn)用3DSMAX進(jìn)行搭建三維模型時(shí)就會(huì)比較簡(jiǎn)單、直觀，在技術(shù)支持下，教學(xué)者可以利用3DSMAX與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，將傳統(tǒng)二維動(dòng)畫(huà)圖像轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)三維的視覺(jué)效果.

3 3DSMAX與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 使得教學(xué)更加簡(jiǎn)單、直觀化

三維建模與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合為信息時(shí)代下的現(xiàn)代化教學(xué)環(huán)境帶來(lái)了新的生機(jī).三維空間中的虛擬環(huán)境情景在3DSMAX與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合下能夠更好地體現(xiàn)出來(lái)，更好的表現(xiàn)出一個(gè)真實(shí)的虛擬環(huán)境場(chǎng)景，使整個(gè)教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)逼真，學(xué)習(xí)者能夠直接進(jìn)入一個(gè)直觀、動(dòng)態(tài)、多維的真實(shí)場(chǎng)景中，教學(xué)的情境會(huì)更加生動(dòng)充滿(mǎn)趣味性，學(xué)習(xí)者接受能力也會(huì)比較容易，使得教學(xué)簡(jiǎn)單化.

3.2 完善“教”與“學(xué)”的結(jié)合

在教學(xué)過(guò)程中學(xué)習(xí)情景的創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)內(nèi)容的形象化增加、學(xué)習(xí)趣味性的提升以及實(shí)現(xiàn)模擬訓(xùn)練都可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn).基于3DSMAX的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠使學(xué)習(xí)者完全沉浸于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所構(gòu)建的仿真環(huán)境中，切身的去體驗(yàn)并置身于虛擬的場(chǎng)景中，所看到的模型更直觀、形象化，學(xué)習(xí)者的感受會(huì)更真實(shí)，有直接的感官體驗(yàn)，在虛擬的環(huán)境中全身心的投入自我，這樣將有利于提升學(xué)習(xí)者的實(shí)際操作技能水平.對(duì)于教學(xué)者來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)了教學(xué)中學(xué)生與教學(xué)場(chǎng)景的親身體驗(yàn)和沉浸體驗(yàn)，更好的完成了“教”與“學(xué)”的結(jié)合.

3.3 改善教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低教學(xué)難度

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合其多感知、交互性以及沉浸性等特點(diǎn)，將學(xué)生完全沉浸于一個(gè)生動(dòng)具體的逼真環(huán)境中，使得學(xué)生更加直觀地感知教師的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過(guò)程，從而學(xué)生的發(fā)散思維與空間想象力也得到了本質(zhì)提升，學(xué)生也更容易理解和掌握教學(xué)中的難點(diǎn)與重點(diǎn).基于虛擬現(xiàn)實(shí)的3DSMAX制作教學(xué)，能夠讓學(xué)生去欣賞、去交流制作的模型作品，在互相的討論中提升自己的能力、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和激情.

3.4 實(shí)際操作水平得到提升

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來(lái)的3DSMAX實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，由于教學(xué)手段以及內(nèi)容的不斷更新，使得實(shí)踐操作能夠與技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使得學(xué)生完全進(jìn)入到虛擬的場(chǎng)景中進(jìn)行技能的實(shí)際操作訓(xùn)練.隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，漸漸的將應(yīng)用于其他專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓(xùn)操作，例如：汽車(chē)駕駛技能、果樹(shù)栽培技、飛機(jī)駕駛技術(shù)、醫(yī)學(xué)類(lèi)解剖手術(shù)、新型藥物的研制等各種職業(yè)技能的訓(xùn)練.在三維設(shè)計(jì)制作中，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輔助下，學(xué)習(xí)者在自己的空間中去設(shè)計(jì)觀察自己的設(shè)計(jì)作業(yè)，不斷進(jìn)行修改與提升.運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有助于改善教學(xué)環(huán)境，對(duì)于成本來(lái)說(shuō)，既節(jié)約了時(shí)間，又節(jié)省了做模型的費(fèi)用.

4 3DSMAX三維設(shè)計(jì)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合教育領(lǐng)域中的實(shí)現(xiàn)意義

4.1 豐富授課內(nèi)容

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依賴(lài)3DSMAX三維設(shè)計(jì)的技術(shù)支撐，三維場(chǎng)景和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，使得教學(xué)者的授課模式多元化，可以加強(qiáng)學(xué)習(xí)者的交互式和沉浸式體驗(yàn)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中發(fā)揮其主觀能動(dòng)性和其創(chuàng)造性，對(duì)于任何一個(gè)案例可以進(jìn)入其中，可以快速的獲取建筑模型信息.在傳統(tǒng)的三維模型教學(xué)中，教師傳授三維模型制作知識(shí)主要還是通過(guò)教材來(lái)進(jìn)行，雖然可以利用建模軟件在電腦上展示三維模型圖，但是從學(xué)習(xí)者掌握程度以及學(xué)習(xí)興趣來(lái)看，還是難以取得良好的教學(xué)效果.

在信息化教學(xué)活動(dòng)中，教師完全可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立一個(gè)三維全景課件庫(kù)，可以徹底打破時(shí)間與空間的限制，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者可以進(jìn)入到虛擬場(chǎng)景中體驗(yàn)三維效果，感受三維空間尺度和深度，確切體會(huì)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思想，并在以后的設(shè)計(jì)中加以實(shí)踐.

4.2 靈活的授課方式

在講授三維案例的時(shí)候，傳統(tǒng)的方式是教師通過(guò)投影儀進(jìn)行放映，學(xué)習(xí)者并不能感同身受，也看不到相關(guān)的動(dòng)態(tài)變化，但是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下，學(xué)生通過(guò)VR眼鏡進(jìn)行觀看，仿佛置身于其中.身處虛擬空間中可以全方位無(wú)死角進(jìn)行研究與感知，學(xué)習(xí)者對(duì)于學(xué)習(xí)的興趣將會(huì)得到大大提升，因?yàn)橛H身體驗(yàn)和感知，這將會(huì)加深他們對(duì)事物的理解程度，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，漸漸的會(huì)從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，將會(huì)成為學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者.

4.3 以“教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)模式的改變

傳統(tǒng)的教學(xué)方式大多以教師為中心，把教學(xué)引入只讓學(xué)生死讀書(shū)本、不注意發(fā)展品德和能力的羊腸小道的誤區(qū)，而現(xiàn)代教學(xué)“以學(xué)生為中心”適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需要，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生積極主動(dòng)的參與教師的教學(xué)過(guò)程，師生互動(dòng)，互相交流.在現(xiàn)代化教學(xué)過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)恰恰可以提供這種學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行自我探索的意識(shí)以及學(xué)生的分析總結(jié)能力，有助于啟發(fā)式教學(xué)的開(kāi)展以及創(chuàng)新意識(shí)的綜合型人才的培養(yǎng).在3DSMAX的教學(xué)過(guò)程中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性、交互性和構(gòu)想性特點(diǎn)，大大提升了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的專(zhuān)注度、反饋度以及學(xué)習(xí)應(yīng)用的自由系性，擯棄了傳統(tǒng)教學(xué)意義中的死記硬背，被動(dòng)的去學(xué)習(xí)的教學(xué)模式.

4.4 學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式的改進(jìn)

由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所提供的環(huán)境是一個(gè)近乎現(xiàn)實(shí)的一個(gè)逼真場(chǎng)景，具有的逼真學(xué)習(xí)環(huán)境，可提供良好的交互功能，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在3DSMAX課程教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的給沉浸性特點(diǎn)，使得學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的三維空間，幫助學(xué)生一次次的全面檢驗(yàn)自己的作品，主動(dòng)參與知識(shí)的構(gòu)建，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行思考分析，對(duì)自己的作品進(jìn)行不斷推敲，判斷模型的空間尺度是否合理，如有不足，可以及時(shí)調(diào)整修改，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

5 總結(jié)

在利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，能夠使得人機(jī)的交互方式更加自然流暢，學(xué)生通過(guò)自行感知完全沉浸于虛擬場(chǎng)景中，產(chǎn)生一種身臨其境的逼真感.基于3DSMAX虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)過(guò)程中將會(huì)促使教學(xué)理念和教學(xué)模式的改變.在模擬環(huán)境下，極大提升了學(xué)生的交流討論和參與，共同實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，了解出現(xiàn)問(wèn)題的前因后果，進(jìn)行更好的歸納總結(jié)，也有助于學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解.那么虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展將引領(lǐng)教學(xué)手段朝著信息化、科學(xué)化的方向發(fā)展，使得教學(xué)形式更加多樣化生動(dòng)化.

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