職業(yè)院校傳統(tǒng)專業(yè)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)技能分析*
——基于2020年全國VR技術(shù)應(yīng)用總決賽數(shù)據(jù)研究

方中雄 吉 利 程 聰

(北京教育科學研究院 北京 100036)

人工智能、虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)給教育帶來了深刻影響，推動了職業(yè)院校人才培養(yǎng)模式、專業(yè)建設(shè)、教學方法、課程體系等全方位的改革創(chuàng)新。VR作為新技術(shù)的典型代表頻頻引起院?！皠邮帯保簞勇O(shè)計、數(shù)字媒體、數(shù)字化設(shè)計與制造等專業(yè)轉(zhuǎn)型為VR應(yīng)用技術(shù)專業(yè)(或設(shè)立VR專業(yè)方向)，建筑、醫(yī)療、機電、制造等傳統(tǒng)學科著力打造虛擬仿真實訓室，VR黨建、VR思政、VR紅色教育、VR旅游、VR航空飛行、VR實訓逐步應(yīng)用于教學，VR編輯器如同WORD、EXCEL等應(yīng)用軟件不斷普及。

面對VR技術(shù)的不斷融入，諸如機電、機械制造、醫(yī)療、建筑等職業(yè)院校傳統(tǒng)專業(yè)學生是否需要掌握VR技能？他們需要掌握哪些VR技能？教學過程中應(yīng)當著重培養(yǎng)哪些方面的能力？為此，我們對參加2020年全國電子信息行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用職業(yè)技能競賽——VR技術(shù)應(yīng)用全國總決賽院校的學生進行了調(diào)研分析。

一、研究設(shè)計

1．分析目標

以人力資源和社會保障部2020年全國電子信息行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用職業(yè)技能競賽——VR技術(shù)應(yīng)用總決賽的80余組學生為主體，了解VR技術(shù)在各專業(yè)應(yīng)用情況，分析傳統(tǒng)專業(yè)所需要的VR核心技能，提取影響VR核心能力的主要因素，為職業(yè)院校VR人才培養(yǎng)提供建議。

2．分析對象

分析對象源自2020年VR技術(shù)應(yīng)用全國總決賽的選手，他們分別來自北京、上海、廣州、江蘇、浙江、山東、河南、內(nèi)蒙古、湖北、湖南、重慶、遼寧、吉林、河北、黑龍江、四川、新疆、安徽、福建等19個省市職業(yè)院?；蚣脊W院，共86組172人，覆蓋面非常廣。選手的專業(yè)分布除了計算機和VR專業(yè)外，還有數(shù)字媒體、動漫設(shè)計、動畫、多媒體、平面設(shè)計、軟件技術(shù)、現(xiàn)代教育技術(shù)、數(shù)控加工、建筑室內(nèi)設(shè)計、建筑工程、工業(yè)設(shè)計、模具設(shè)計與制造、三維數(shù)字化設(shè)計、產(chǎn)品造型設(shè)計、機械設(shè)計、影視后期、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、智能制造與汽車等20余個專業(yè)，有廣泛的代表性。

此次分析針對總決賽理論成績、VR逆向建模、三維建模設(shè)計、素材選取及VR內(nèi)容創(chuàng)作、3D打印等六大測評任務(wù)的32個測評要點分數(shù)，共采集數(shù)據(jù)5808個。

為了彌補研究數(shù)據(jù)有限等問題，課題組以電話或訪談方式，先后與北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院、南京信息職業(yè)技術(shù)學院、常州機電職業(yè)技術(shù)學院、呼倫貝爾職業(yè)技術(shù)學院、重慶工商職業(yè)學院、安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學院、山東信息職業(yè)技術(shù)學院、湖南城建職業(yè)技術(shù)學院等院校的二級學院負責人、專業(yè)教師進行了認真的調(diào)研溝通。

雖然樣本數(shù)量不多，但由于競賽試題是由業(yè)內(nèi)跨專業(yè)、懂VR的經(jīng)驗豐富的專家設(shè)計，試題設(shè)計嚴謹，且專家組預(yù)先對真題進行演練實操，決賽選手為各省市選拔的優(yōu)秀參賽人員，確保樣本數(shù)據(jù)的真實有效；競賽后續(xù)的電話和訪談?wù){(diào)研，進一步豐富了研究結(jié)果。最終分析結(jié)果經(jīng)過與專家和參賽選手的訪談，進一步驗證了結(jié)論的可信度。

二、VR技術(shù)在職業(yè)院校的應(yīng)用情況

1．VR涉及知識非常綜合

VR是綜合性技術(shù)，涉及應(yīng)用類專業(yè)像影視藝術(shù)、數(shù)字媒體、軟件工程、動漫等的攝影攝像、人機交互、程序設(shè)計、特效制作、UI設(shè)計、動畫設(shè)計等20余門課程，也囊括了基礎(chǔ)類專業(yè)諸如計算機、電子學、物理學、光學、圖形圖像等專業(yè)的流媒體、人工智能、交互設(shè)備、全息技術(shù)、3D顯示技術(shù)、力反饋、可視化技術(shù)等20多門課程(如圖1)。無論是本科還是職業(yè)院校，要讓學生掌握如此綜合、復雜、多元化的知識和技術(shù)技能并非易事，院校往往會結(jié)合已有專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)立VR專業(yè)，比如從動漫設(shè)計、數(shù)字媒體、軟件工程、影視藝術(shù)、數(shù)字化設(shè)計制造等專業(yè)轉(zhuǎn)型成VR專業(yè)。

圖1 VR專業(yè)涉及基礎(chǔ)類、應(yīng)用類課程一覽

職業(yè)院校的VR專業(yè)主要立足于技術(shù)技能人才的培養(yǎng)，核心課程包括程序設(shè)計、三維建模與動畫、引擎開發(fā)、全景拍攝處理及各類實訓，學生畢業(yè)后可以從事圖像處理、資源制作、三維建模、虛擬現(xiàn)實開發(fā)與測試環(huán)境搭建、應(yīng)用設(shè)計、程序開發(fā)、性能優(yōu)化、測試與維護等工作。學生就業(yè)時面向虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用崗位群，從事項目設(shè)計、項目交互功能開發(fā)、模型和動畫制作、軟硬件平臺搭建和維護、全景拍攝和處理等工作。

2.傳統(tǒng)專業(yè)紛紛將VR應(yīng)用于教學

除了VR專業(yè)的技術(shù)技能型人才培養(yǎng)，近年來，VR幾乎應(yīng)用于所有專業(yè)的教育教學，如機械、汽車、工程、電子專業(yè)、通信、水利、服裝紡織、航空航天、醫(yī)學等。醫(yī)學專業(yè)的學生在心臟手術(shù)實操訓練中，手持控制器(模擬手持手術(shù)刀)，帶上VR眼鏡后，就可以置身于手術(shù)室環(huán)境，給病人做手術(shù)；建筑設(shè)計專業(yè)的學生用VR能感知不同的窗簾、餐桌、沙發(fā)、燈甚至磁磚的設(shè)計效果，直至調(diào)試滿意再開始動手裝修設(shè)計；軍事專業(yè)學生用VR模擬飛行訓練，模擬各種戰(zhàn)場狀況，訓練作為飛行員的判斷和反應(yīng)能力，通過VR射擊訓練提高實戰(zhàn)射擊技巧；土木工程設(shè)計實踐專業(yè)利用虛擬設(shè)施、虛擬環(huán)境、虛擬空間與虛擬人物開展教學較早，著手用互聯(lián)網(wǎng)平臺共享素材資源，從而不再受限于學校的地理位置;會計專業(yè)用VR模擬企業(yè)真實工作情景，讓學生體驗到在財務(wù)部門的全部工作流程和財務(wù)核算過程等，學生通過虛擬演練系統(tǒng)，進行跨角色操作練習。

3．VR技能在各專業(yè)得到普及

VR技術(shù)在教育教學的應(yīng)用主要依賴于VR視頻資源，這些資源開發(fā)需要深刻理解專業(yè)知識，還需要掌握課程、動畫、美術(shù)、角色等設(shè)計工作以及情節(jié)交互策劃，所需要工作量和精細程度遠遠高于一般的課程制作，所以一般由專業(yè)公司開發(fā)，價格也比較昂貴。隨著建筑設(shè)計、模具設(shè)計與制造、數(shù)控加工、工業(yè)設(shè)計、三維數(shù)字化設(shè)計、產(chǎn)品造型設(shè)計、機械設(shè)計、智能制造與汽車等專業(yè)VR應(yīng)用的深入，學生要求具備專業(yè)模型、簡單場景的制作能力，于是很多專業(yè)開始設(shè)置VR課程，傳統(tǒng)專業(yè)開始普及VR技能。

與VR專業(yè)的技術(shù)技能人才相比，傳統(tǒng)專業(yè)的學生不必掌握平面圖形、建模、程序開發(fā)、引擎開發(fā)等大難度知識，只需要在專業(yè)知識基礎(chǔ)上，通過幾周的培訓，掌握MRP、IDerVR等國產(chǎn)VR編輯器，利用系統(tǒng)中提供的現(xiàn)成模型，或者是360拍攝采集的模型能輕松制作出VR場景。

正如各專業(yè)把計算機基礎(chǔ)知識作為必修課一樣，大浪淘沙后，個別實力強勁并深耕教育市場的國內(nèi)企業(yè)，他們所推出的國產(chǎn)引擎裝機量會越來越多，未來也會像WORD、EXCEL、PPT制作等應(yīng)用軟件一樣在職業(yè)院校占據(jù)龐大市場。

4．傳統(tǒng)專業(yè)開設(shè)VR課程是必然趨勢

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前除了動漫設(shè)計、VR應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字媒體等與VR相關(guān)的IT專業(yè)外，機械、機電、建筑等傳統(tǒng)專業(yè)目前均未開設(shè)VR課程，但所有被調(diào)查院校均表示“在本專業(yè)應(yīng)用VR技術(shù)很有必要”，“本專業(yè)未來打算開設(shè)VR課程”。在他們看來，國產(chǎn)編輯器的易操作性較強，而VR教學模型、場景并不需要像工業(yè)制造一樣要求特別精細。未來，各專業(yè)引入VR國產(chǎn)編輯器或本專業(yè)相關(guān)的VR平臺，在老師帶領(lǐng)下制作出相關(guān)專業(yè)VR模型并應(yīng)用于教學，以此提升本專業(yè)核心能力已是大勢所趨。

三、影響傳統(tǒng)專業(yè)學生VR能力的因素

當各傳統(tǒng)專業(yè)紛紛引入VR課程，學生的專業(yè)能力和VR技能都將得到提升。那么這些專業(yè)學生應(yīng)具備哪些VR核心能力？這些能力之間的影響關(guān)系、重要程度如何？通過專家組的精心討論、設(shè)計，結(jié)合此次大賽的數(shù)據(jù)，利用SPSS系統(tǒng)進行分析得出如下結(jié)果：

1.傳統(tǒng)專業(yè)學生的VR核心能力

傳統(tǒng)專業(yè)與VR專業(yè)學生所需要的VR核心能力既有相同之處，也有差異。相同之處在于，傳統(tǒng)專業(yè)學生的VR核心能力與VR專業(yè)學生同樣包括方案策劃、建模、VR制作。除了人才培養(yǎng)目標迥異外，兩大類專業(yè)VR技術(shù)應(yīng)用的不同之處有兩點：一是建模方式不同，傳統(tǒng)專業(yè)可以選用難度較小的逆向掃描建模方式；二是VR開發(fā)制作工具不同，傳統(tǒng)專業(yè)學生不必掌握C語言等程序開發(fā)，可以選用較易上手的國產(chǎn)引擎如IDeaVR。

此次大賽，所涉及的測評任務(wù)有逆向設(shè)計、三維建模、素材選取與方案策劃、VR應(yīng)用創(chuàng)新制作、3D打印與涂裝、答辯與作品展示等。其中，測評的VR核心能力有建模(包括逆向建模、三維建模)、方案策劃、VR創(chuàng)新與制作，而3D打印、后處理與涂裝考察的是專業(yè)能力，答辯展示考察的是學生的綜合能力(見表1)。

表1 VR技術(shù)應(yīng)用競賽的評分細項

2.影響VR核心能力的主要因素

VR核心能力并非各自獨立，有著一定的相關(guān)性。比如逆向建模只有“掃描儀標定”成功才能確?！皰呙杈取焙汀皰呙栀|(zhì)量”；VR內(nèi)容創(chuàng)作中有“沉浸感較強、畫面逼真的場景”和有“兩個以上數(shù)量的動畫”，才能完成動作連貫、順暢的交互，“動畫與交互結(jié)合才能更加應(yīng)用合理”。當完成了逆向掃描模型和三維建立的模型后，VR內(nèi)容創(chuàng)作才具備更豐富的素材；只有完成“3D打印”，才能有上色、加工、打磨等的“后處理”等，不一而論。換言之，某種相關(guān)、共通的能力越強，成績也會越高。

僅憑經(jīng)驗性的結(jié)論尚不能達到指導人才培養(yǎng)、大賽培訓以及人才選拔的精確程度。為了對相關(guān)核心能力進行精確定量，采用SPSS分析軟件，通過提取公因子、建模、公因子信息濃縮，旋轉(zhuǎn)成分矩陣后，得到如下五個公因子，即五項核心能力。而影響這五項核心能力的要素及權(quán)重分析如下：

公因子F1：主要和打印工藝、制件質(zhì)量相關(guān)，命名為“3D制件能力”；

公因子F2：動畫交互和VR整體展示，命名為“VR設(shè)計制作能力”；

公因子F3：模型與主題匹配及模型的自主創(chuàng)新，顯然是“正向建模能力”

公因子F4：掃描的表面質(zhì)量和標定，命名為“逆向建模能力”

公因子F5：答辯時的“現(xiàn)場表現(xiàn)能力

初步分析看，VR技術(shù)融入各專業(yè)過程中，學生需要掌握的VR核心能力除了逆向建模、VR設(shè)計制作、正向建模外，還受到3D打印、答辯表現(xiàn)這兩大貌似與VR無關(guān)的能力影響。五大核心能力間互相作用。每項核心能力還取決于標定、自主創(chuàng)新、設(shè)計效果、掃描表面質(zhì)量等多個因素影響，但每項因素影響的權(quán)重不同。

3.傳統(tǒng)專業(yè)VR各項能力的重要程度

數(shù)據(jù)分析得出五項VR核心能力的權(quán)重比例，從高到低分別為：逆向建模能力、VR設(shè)計制作能力、現(xiàn)場表現(xiàn)能力、正向建模能力、3D制件能力。VR設(shè)計制作、逆向建模兩個能力更為重要(見圖2)。回歸方程如下：

圖2 公因子權(quán)重分析

整體能力值=54.525+2.747F13D制件能力+

5.082F2VR設(shè)計制作能力+3.102F3正向建模能力+

5.791F4逆向建模能力+3.469F5現(xiàn)場表現(xiàn)能力

四、研究結(jié)論

為進一步評估上述分析結(jié)果，課題組通過與專家組長和不同專業(yè)、不同地域院校進行嚴謹細致的溝通討論，在進一步驗證數(shù)據(jù)分析結(jié)果的同時得出如下結(jié)論：

第一，VR涉及的技術(shù)非常綜合。傳統(tǒng)專業(yè)在將VR應(yīng)用于教學的同時，也開始設(shè)立相應(yīng)的VR課程，VR技能會像計算機基礎(chǔ)課一樣，在各專業(yè)得到普及。

第二，傳統(tǒng)專業(yè)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的技術(shù)技能最重要的五方面能力依次為逆向建模能力、VR設(shè)計制作能力、正向建模能力、現(xiàn)場表現(xiàn)能力和3D制件能力。在32項測評細項中，這五方面能力共同解釋了82%的原始成績變異，并且91.6%的總成績變異由它們決定，對總成績起著決定性作用。

第三，核心能力提升的支撐因素。結(jié)合大賽來看，考察五項核心能力，如果能取得理想成績，以下幾項因素非常重要，即平時設(shè)置相關(guān)課程從而練就的扎實基本功、賽前集訓到位、專業(yè)教師的用心輔導、相關(guān)企業(yè)實踐經(jīng)歷、參加相應(yīng)的學生社團等。另外，賽事合作企業(yè)的著力輔導也是取得理想成績的重要因素。