VR技術(shù)在“機(jī)械制圖”教學(xué)中的應(yīng)用

譚文平

(湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410205)

1 VR技術(shù)的特點(diǎn)

VR技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)與傳感器實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使用者可以在虛擬的世界中感受到各類表述對(duì)象，通過(guò)身體感知來(lái)達(dá)到身臨其境的效果，發(fā)揮想象空間。當(dāng)前，科技發(fā)展日新月異，VR技術(shù)的應(yīng)用給人們的生活帶來(lái)了諸多便利，虛擬和現(xiàn)實(shí)的結(jié)合也讓人們有了更加真切的體驗(yàn)，VR系統(tǒng)包括硬件、軟件組成，硬件涵蓋計(jì)算機(jī)設(shè)備與前端輸入、終端輸出設(shè)備，軟件則包括數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件等。VR系統(tǒng)的中樞屬于計(jì)算機(jī)，畫面形成、虛擬仿真環(huán)境都需要借助計(jì)算機(jī)這一載體來(lái)實(shí)現(xiàn)，而交互眼鏡、頭盔、數(shù)據(jù)傳感器則是輸入輸出設(shè)備，各類信息都存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，立體動(dòng)畫、虛擬仿真世界是借助應(yīng)用軟件來(lái)生成。目前，VR技術(shù)已經(jīng)在生活的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，如電影院中的3D電影就是VR技術(shù)的常見(jiàn)應(yīng)用。VR技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用益處非常大，教師可以利用VR技術(shù)來(lái)畫出模型、掛圖，讓學(xué)生產(chǎn)生直觀感受，也讓學(xué)生知曉立體物體是如何利用投影原理來(lái)轉(zhuǎn)化為平面圖形的，VR技術(shù)可以將真實(shí)的情景展現(xiàn)在學(xué)生眼前，并將平面圖形轉(zhuǎn)化為立體圖形，幫助學(xué)生更好地思考、練習(xí)，提升其制圖能力。利用APP，學(xué)生可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)手機(jī)、觸摸手機(jī)屏幕的方式來(lái)對(duì)圖形放大、縮小，從多個(gè)視角觀察圖形，不僅能夠幫助學(xué)生快捷地制圖，還能夠顯著鍛煉學(xué)生的各項(xiàng)能力。

2 VR技術(shù)在“機(jī)械制圖”教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 開(kāi)發(fā)工具與APP設(shè)置

VR技術(shù)應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，能夠及時(shí)識(shí)別、跟蹤平面圖形與簡(jiǎn)單的3D圖形。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，首先要讓學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)得到真實(shí)物體展示，利用手機(jī)攝像頭圖像與視頻對(duì)獲取的圖像和視頻進(jìn)行信息篩選，利用程序分析和定期檢測(cè)生成虛擬圖，將實(shí)物與虛擬物品結(jié)合，在相關(guān)的移動(dòng)設(shè)備中展現(xiàn)出來(lái)。找到匹配圖像后，平臺(tái)即可對(duì)圖像進(jìn)行三維處理，制作出虛擬立體圖形，再將虛擬立體圖形與現(xiàn)實(shí)物品疊加，展示給學(xué)生。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)社會(huì)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，關(guān)于VR技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用，最為常見(jiàn)的就是機(jī)械制圖輔助教學(xué)APP，經(jīng)過(guò)實(shí)踐顯示，這一APP的應(yīng)用為教師的教學(xué)提供了極大的方便，也為學(xué)生的學(xué)習(xí)、制圖提供了生動(dòng)、直觀的學(xué)習(xí)方法，顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極、主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)資源和實(shí)物教具上的限制，提高了教學(xué)效率。

2.2 VR技術(shù)在組合體構(gòu)型中的應(yīng)用

近年來(lái)，各個(gè)出版社都在機(jī)械制圖教材中增加了VR資源，上述資源均是免費(fèi)、公開(kāi)的，在難以及時(shí)更換教材的情況下，教師可以通過(guò)不同的渠道來(lái)獲取教材，將其中帶有組合VR資源的內(nèi)容掃描為電子圖紙，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，為學(xué)生發(fā)放，引導(dǎo)學(xué)生下載，這樣，學(xué)生即可利用碎片化時(shí)間來(lái)完成課前預(yù)習(xí)。在課堂上，通過(guò)手機(jī)掃描，可以清晰展現(xiàn)出組合體中的二維圖形，并將其轉(zhuǎn)化為三維圖形，還可以對(duì)建立的模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和縮放，這就有效解決了傳統(tǒng)平面圖紙只能展現(xiàn)二維內(nèi)容的局限性。在課前預(yù)習(xí)中，學(xué)生對(duì)組合體有了更多認(rèn)識(shí)，在課中授課時(shí)，教師再予以針對(duì)性的指導(dǎo)和講解，學(xué)生就更易聽(tīng)懂，有效提升了教學(xué)效率。同時(shí)，利用VR技術(shù)對(duì)組合體進(jìn)行虛擬拆裝，讓學(xué)生對(duì)組合體的構(gòu)型有更加深入的理解，學(xué)生可以通過(guò)APP下載相關(guān)文件到自己電腦上體驗(yàn)、學(xué)習(xí)，時(shí)間可以自行安排，這種方式更加新奇，學(xué)生的感悟也更加深刻，不會(huì)受到時(shí)間和地點(diǎn)的限制。

2.3 在剖視圖表達(dá)中的應(yīng)用

在機(jī)械制圖教學(xué)中，剖視圖畫法是一個(gè)非常具有難度的問(wèn)題，要畫出剖視圖，學(xué)生要對(duì)組合體產(chǎn)生完全理解。在這一情況下，即可將VR技術(shù)作為第三方平臺(tái)，提前上傳制作好的三維數(shù)字模型，展示為web3D模型，利用在線共享分享給學(xué)生，學(xué)生可以很方便地瀏覽，任意切割，并觀看到完整截面。在授課時(shí)，教師要對(duì)其中的燈光、紋理、操作、陰影等進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，生成輕量化文件，利用網(wǎng)址的方式發(fā)送給學(xué)生，也可以通過(guò)朋友圈鏈接、微信鏈接來(lái)分享，學(xué)生可以便利地在微信中打開(kāi)，學(xué)生在保存了這一鏈接之后，在任何的時(shí)間、地點(diǎn)，都可以進(jìn)行剖視圖表達(dá)學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生的理解能力。

2.4 在裝配體識(shí)讀中的應(yīng)用

之所以學(xué)生對(duì)裝配體的識(shí)讀學(xué)習(xí)存在困難，主要原因是由于學(xué)生缺乏這一方面的結(jié)構(gòu)認(rèn)知，在高等教育的發(fā)展下，即便高職院校的相關(guān)設(shè)備日新月異，但是，在機(jī)械認(rèn)知結(jié)構(gòu)、認(rèn)知模型上，還存在質(zhì)量不佳、數(shù)量不足的問(wèn)題，很難滿足全體學(xué)生的需求。且在拆裝次數(shù)的增加下，產(chǎn)品的損壞率非常高，利用VR技術(shù)，能夠有效彌補(bǔ)這一方面的不足，在授課時(shí)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中呈現(xiàn)需要認(rèn)知的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)互動(dòng)三維模型，形成項(xiàng)目方案，制作平臺(tái)網(wǎng)頁(yè)，學(xué)生用電腦登錄網(wǎng)址后，可以通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)等進(jìn)行反復(fù)拆裝，系統(tǒng)還設(shè)置了不同的拆裝方式，拆裝方式由淺入深，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。采用VR模式的教學(xué)，師生不僅能通過(guò)聲音、視覺(jué)這兩種感觀進(jìn)行信息交互，甚至可以通過(guò)嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等方式進(jìn)行交互。例如，采用VR設(shè)備，當(dāng)某位同學(xué)出現(xiàn)注意力不集中等情況時(shí)。教師可以遠(yuǎn)程控制VR設(shè)備，對(duì)他進(jìn)行接觸性提醒。如有必要甚至可以釋放味覺(jué)。不僅如此，學(xué)生也可以通過(guò)VR設(shè)備虛擬成場(chǎng)景中的人物，與其他學(xué)生或老師進(jìn)行交流。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，VR技術(shù)已經(jīng)在高等教育中得到了廣泛應(yīng)用，機(jī)械制圖這門課程要致力于鍛煉學(xué)生的空間想象力和創(chuàng)新能力，這對(duì)于原本想象力比較弱的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)難度非常高，應(yīng)用了VR技術(shù)后，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，輔助學(xué)生學(xué)習(xí)制圖。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐顯示，VR技術(shù)的應(yīng)用讓學(xué)生知曉立體圖形的構(gòu)建方式，對(duì)學(xué)生的空間思維也起到了很好的鍛煉效果，值得進(jìn)行大面積推廣。