VR/AR技術(shù)在土木工程中實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用研究

孫佳鑫

（黑龍江工商學(xué)院 黑龍江哈爾濱 150025）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的不斷發(fā)展，新一代信息技術(shù)的人機(jī)交互技術(shù)、圖像展示技術(shù)被廣泛應(yīng)用，使得在教育教學(xué)的過(guò)程中越來(lái)越多的教育工作者運(yùn)用新的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)活動(dòng)的開展，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，AR）（下簡(jiǎn)稱VR/AR 技術(shù)）在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。雖然VR/AR 技術(shù)開始被多應(yīng)用于游戲、視頻和直播等視域文化領(lǐng)域，但是，由于VR/AR 技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用規(guī)律，使其在教育教學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)也越發(fā)明顯，不斷受到教育工作者的青睞和重視。從VR/AR技術(shù)應(yīng)用于基礎(chǔ)教育、初級(jí)教育、高等教育及高職教育的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，VR/AR 技術(shù)具有著獨(dú)特的教學(xué)實(shí)用性，因此，VR/AR技術(shù)在土木工程教學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量和教育的實(shí)效性具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，這主要是因?yàn)橥聊竟こ虒I(yè)與實(shí)際工程聯(lián)系是非常緊密的，其教學(xué)研究具有著較為真實(shí)的實(shí)踐性目的。

而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）就是把客觀存在的世界用電子化的手段模擬仿真出來(lái)，使人在電子化創(chuàng)造的情境中身臨其境進(jìn)行體驗(yàn)和感受。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR技術(shù)）實(shí)際上是一門基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的新型技術(shù)，它是借助計(jì)算機(jī)建模技術(shù)、可視化技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)等，用于真實(shí)環(huán)境與虛擬對(duì)象進(jìn)行交互而體現(xiàn)的真實(shí)場(chǎng)景，因此，它又被稱為混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)。而這種虛擬事物與真實(shí)場(chǎng)景相互交織于現(xiàn)實(shí)畫面和空間中，兩種顯示形式相互依存和互補(bǔ)，使用戶體驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合的空間時(shí)間的疊加，從而使人的感知超出了現(xiàn)實(shí)感官的體驗(yàn)。從目前的應(yīng)用情況來(lái)看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)合并應(yīng)用于土木工程教學(xué)應(yīng)用之中，可以有效地解決傳統(tǒng)教學(xué)中教師難以表達(dá)知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性和學(xué)習(xí)感官缺乏互動(dòng)的教學(xué)問(wèn)題，讓學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中體驗(yàn)到更為超現(xiàn)實(shí)的教學(xué)場(chǎng)景，調(diào)動(dòng)學(xué)生感官進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，使學(xué)生更易接受所教授的內(nèi)容。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)80年代初由美國(guó)人拉尼爾提出的，它主要是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、各種顯示及控制硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖形處理軟件系統(tǒng)等應(yīng)用工具在計(jì)算機(jī)上生成虛擬的三維立體環(huán)境，用于可進(jìn)行人機(jī)交互功能的沉浸式技術(shù)應(yīng)用，主要生成的三維立體環(huán)境是虛擬環(huán)境。

1.1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征主要是運(yùn)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)設(shè)定一種可交互、沉浸和聯(lián)想式的環(huán)境，它的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于可提供人機(jī)交互操作、三維立體圖形和畫面及多種感官體驗(yàn)（目前技術(shù)只限定于視覺(jué)體驗(yàn)和聽覺(jué)體驗(yàn)，而觸覺(jué)體驗(yàn)與嗅覺(jué)體驗(yàn)還在研究實(shí)踐過(guò)程中，但已取得相應(yīng)的進(jìn)展）的人機(jī)界面［1］。VR 技術(shù)的廣泛應(yīng)用使虛擬世界變得更為真實(shí)有效，用戶甚至可以與虛擬世界進(jìn)行互聯(lián)互動(dòng)，感覺(jué)虛擬世界所帶來(lái)的不同感官體驗(yàn)。VR 技術(shù)實(shí)際是一種相比真實(shí)世界的模擬場(chǎng)景，只不過(guò)這種場(chǎng)景所渲染的動(dòng)態(tài)事物具體而又真實(shí)，并可以對(duì)用戶的語(yǔ)言、動(dòng)作、神態(tài)和表情做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，從而構(gòu)建出用戶與虛擬環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)交互關(guān)聯(lián)情境，使用戶有著真實(shí)的感官體驗(yàn)。所以，VR技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于獲取信息、人機(jī)交流和虛擬教學(xué)實(shí)踐等領(lǐng)域。

1.1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程

在20世紀(jì)60年代末期，第一個(gè)虛擬成像顯示器被發(fā)明出來(lái)，這款顯示器采用了計(jì)算機(jī)圖形成像技術(shù)，可以跟蹤人的頭部運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行虛擬成像。而到了1977年，麻省理工學(xué)院構(gòu)建了虛擬仿真系統(tǒng)，也預(yù)示了虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用期的到來(lái)。1989年，美國(guó)人拉尼爾（Jaron Lanier）提出了“虛擬現(xiàn)實(shí)”這個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，從此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為了一種新的信息科學(xué)技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)際大型科技公司紛紛加入到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)研究之中，研發(fā)出一系列的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品［2］。在國(guó)內(nèi)，此項(xiàng)技術(shù)也逐步得到社會(huì)各界的普遍關(guān)注，特別是浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)等都從事此項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)研究。

1.1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的范圍

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的范圍比較廣泛，可應(yīng)用于生物學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、土木工程與建筑學(xué)、金融數(shù)據(jù)分析、機(jī)械工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。例如，醫(yī)學(xué)生通過(guò)VR技術(shù)成像的體內(nèi)血液循環(huán)分析體內(nèi)血管分布及各器官供血情況；工程設(shè)計(jì)人員可通過(guò)VR 技術(shù)對(duì)工程的設(shè)計(jì)布局、施工情況、元件加工和產(chǎn)品性能等進(jìn)行虛擬預(yù)測(cè)研究；教育工作者可以設(shè)計(jì)虛擬與真實(shí)環(huán)境相搭配的教學(xué)場(chǎng)景，使學(xué)生在這種現(xiàn)實(shí)與虛擬交互的場(chǎng)景模式下體驗(yàn)真實(shí)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程。

1.1.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)存在的問(wèn)題

雖然現(xiàn)在VR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，但仍然存在著一些不可忽視的相關(guān)問(wèn)題。例如，有些虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用后，相關(guān)體驗(yàn)并沒(méi)有達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，甚至出現(xiàn)了迷失方向和喪失平衡等感知方面的問(wèn)題，這是由高像素、高延遲與較低的圖像顯示率所引起的。另外，還存在著三維建模工作量大、使用造價(jià)相對(duì)昂貴、需要數(shù)據(jù)信息量較大等相關(guān)問(wèn)題，從而導(dǎo)致用戶對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品的不認(rèn)同，也會(huì)影響到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展應(yīng)用起來(lái)的新型信息疊加技術(shù)，它是通過(guò)計(jì)算機(jī)所提供的相關(guān)信息、虛擬事物和場(chǎng)景來(lái)增加用戶對(duì)外界現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的體驗(yàn)感知度，從而實(shí)現(xiàn)人對(duì)現(xiàn)實(shí)感知的增強(qiáng)。AR技術(shù)是通過(guò)頭盔顯示系統(tǒng)與虛擬定位系統(tǒng)相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的。

1.2.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本特征是使真實(shí)環(huán)境與虛擬場(chǎng)景、信息完美的結(jié)合，形成虛擬與真實(shí)相互疊加、同步存在，用戶可以在現(xiàn)實(shí)世界中直觀地體驗(yàn)虛擬事物及虛擬信息，獲得新的感官感受體驗(yàn)。

1.2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)90年代初由麥克莫里（Tom Caudell）提出的，主要是真實(shí)場(chǎng)景與計(jì)算機(jī)信息及虛擬事物、空間所疊加在一起所呈現(xiàn)的真實(shí)與虛擬交互的場(chǎng)景。而近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備技術(shù)也不斷提高，使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)研究得到了快速發(fā)展。

1.2.4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的技術(shù)開發(fā)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)過(guò)近些年的發(fā)展應(yīng)用，其應(yīng)用技術(shù)分類主要為界面可視技術(shù)、跟蹤定位技術(shù)、顯示技術(shù)及標(biāo)定技術(shù)。一是界面可視技術(shù)。這是一種方便用戶將虛擬圖像與真實(shí)世界進(jìn)行交互的技術(shù)，其主要利用顯示頭盔、移動(dòng)電子設(shè)備和投影裝置等工具對(duì)數(shù)字化信息圖像進(jìn)行傳輸，以計(jì)算機(jī)圖形及圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，使用戶在現(xiàn)實(shí)與虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行感知體驗(yàn)，人機(jī)實(shí)現(xiàn)直接交流溝通。二是跟蹤定位技術(shù)。就是能夠準(zhǔn)確地追蹤到用戶移動(dòng)的方位，同時(shí)獲得用戶的視覺(jué)場(chǎng)景信息。這項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)用戶的視覺(jué)方位進(jìn)行定位來(lái)追蹤用戶的移動(dòng)方位，還可以準(zhǔn)確地定位用戶視域內(nèi)的各種事物及視點(diǎn)所在方向。三是顯示技術(shù)。就是用AR 顯示器成像，利用虛擬與現(xiàn)實(shí)的疊加成像功能，使用戶獲得環(huán)繞四周的真實(shí)場(chǎng)景的良好立體視覺(jué)體驗(yàn)。四是標(biāo)定技術(shù)。用足夠的標(biāo)定，滿足于用戶的移動(dòng)及視場(chǎng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)前技，術(shù)應(yīng)用是用攝像機(jī)標(biāo)定功能及手動(dòng)標(biāo)定兩種形式，通過(guò)對(duì)標(biāo)定已知點(diǎn)和圖像點(diǎn)間的對(duì)應(yīng)，運(yùn)用算法獲得攝像設(shè)備的內(nèi)外參數(shù)，完成用戶視場(chǎng)及移動(dòng)軌跡標(biāo)定的目的。

1.2.5 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅擁有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的相類似的領(lǐng)域，并且因?yàn)槠涓鼮橥怀鲇趯?duì)真實(shí)的環(huán)境增強(qiáng)效益，比虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更具明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可生成虛實(shí)結(jié)合的環(huán)境，用于增強(qiáng)補(bǔ)充用戶對(duì)各種環(huán)境的真實(shí)體驗(yàn)，因此，可以廣泛應(yīng)用于教育、工業(yè)、國(guó)防和醫(yī)療等領(lǐng)域。例如，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在理工學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，完全可以將顯示頭盔顯示疊加相關(guān)試驗(yàn)的信息數(shù)據(jù)，使學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)真實(shí)場(chǎng)景與定位信息數(shù)據(jù)，獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，從而順利完成實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容。

1.2.6 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)存在的問(wèn)題

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)除存在與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相類似的問(wèn)題之外，最為嚴(yán)重的是，還可能存在泄露個(gè)人相關(guān)隱私的問(wèn)題。而產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的原因主要是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備的功能十分強(qiáng)大，具備著人臉識(shí)別算法技術(shù)，因此，極易使用戶在不經(jīng)意間泄露個(gè)人隱私。

2 土木工程實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

2.1 動(dòng)手實(shí)踐操作內(nèi)容較少

土木工程專業(yè)教學(xué)中，主要分為理論知識(shí)教學(xué)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)兩種。而在傳統(tǒng)的土木工程教學(xué)實(shí)踐中，往往只注重理論知識(shí)的傳授，教師把教學(xué)注意力幾乎全部用于理論知識(shí)的深度學(xué)習(xí)研究中，然而，對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的操作教學(xué)效果研究得不深、不透。其中原因也有在高等院校個(gè)別教師承擔(dān)了大量科研任務(wù)和社會(huì)服務(wù)性工作，因此，教師按照教學(xué)大綱完成理論知識(shí)體系的教學(xué)任務(wù)后，并沒(méi)有多少精力投入到指導(dǎo)學(xué)生各類實(shí)驗(yàn)操作的研究中，只是按照大綱要求，對(duì)所做的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了演示教學(xué)。然而，由于教學(xué)時(shí)間緊、實(shí)驗(yàn)操作場(chǎng)景不真實(shí)等，這種以演示內(nèi)容為主的實(shí)踐教學(xué)沒(méi)有達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作的目的，教學(xué)效果非常不理想。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)匱乏

在土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)資源不足的問(wèn)題一直困擾著教學(xué)實(shí)踐工作者，特別是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)所用的耗材和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面，需要較為大量的人力、物力、財(cái)力的投入。然而，許多高等院校由于投入經(jīng)費(fèi)不足等，存在著實(shí)驗(yàn)器材老舊、實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新不及時(shí)、實(shí)驗(yàn)儀器配套不完整、無(wú)法進(jìn)行新技術(shù)新理論的研究探索等問(wèn)題，這些問(wèn)題都嚴(yán)重影響到了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)［3］。另外，由于實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)相對(duì)緊張等原因，從而極有可能導(dǎo)致生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)的教學(xué)計(jì)劃不能夠有序地進(jìn)行，影響到了實(shí)習(xí)操作的效果和質(zhì)量。

2.3 實(shí)踐操作教學(xué)內(nèi)容陳舊

高等院校的教師一般都是在畢業(yè)后就直接走上教學(xué)崗位，可以說(shuō)，理論研究和教學(xué)技能的功底都很扎實(shí)，然而，畢竟沒(méi)有工程實(shí)踐工作經(jīng)歷，因此，對(duì)土木工程作業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相對(duì)匱乏，特別是對(duì)當(dāng)前土木作業(yè)的新技術(shù)、新方法、新標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范不能及時(shí)跟蹤掌控，缺乏一定的了解認(rèn)識(shí)。因此，在土木工程教學(xué)的實(shí)踐操作中，教師只是按照現(xiàn)在的教學(xué)大綱進(jìn)行教學(xué)，教授的理論知識(shí)不能緊密地與土木工程發(fā)展實(shí)際相結(jié)合，從客觀上導(dǎo)致學(xué)生土木工程實(shí)踐的社會(huì)參與度較少，學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)相對(duì)陳舊，脫離社會(huì)發(fā)展需要。例如，在傳統(tǒng)的土木工程課程設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐操作多以鋼筋混凝土框架教學(xué)為主，而涉及鋼結(jié)構(gòu)、超高層建筑和大跨空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)容并不多見(jiàn)；而橋梁工程實(shí)習(xí)中，多以簡(jiǎn)支橋梁設(shè)計(jì)為主，其他橋型涉及較少，這些都與當(dāng)今時(shí)代發(fā)展要求不符。然而，現(xiàn)代城市化建設(shè)和建筑工程發(fā)展日新月異，要使社會(huì)發(fā)展的新技術(shù)與院校教學(xué)實(shí)踐緊密結(jié)合，對(duì)于傳統(tǒng)的土木工程教學(xué)來(lái)說(shuō)，很難達(dá)到和完成。

3 虛擬融合環(huán)境對(duì)土木工程實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)研究

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用

在土木工程教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于課堂理論知識(shí)講解、實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)之中。

3.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程理論教學(xué)應(yīng)用

在土木工程的課堂理論教學(xué)中，教師可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)直觀化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，完全可以發(fā)揮仿真模擬和真實(shí)體驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。這種課堂教學(xué)模式還可應(yīng)用于局域網(wǎng)與遠(yuǎn)程教育模式，特別是針對(duì)土木工程概念性和理解力要求較高的課程，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)建三維立體場(chǎng)景進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫演示教學(xué)效果，使學(xué)生更容易掌握教學(xué)應(yīng)用的真實(shí)畫面，提高學(xué)生參與教學(xué)的積極性和主動(dòng)性［4］。另外，與二維的靜態(tài)教學(xué)模式相比，三維立體動(dòng)態(tài)演示教學(xué)模式可以使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)獲得理論與實(shí)踐相結(jié)合的體驗(yàn)和感受，使學(xué)生更容易把具體操作經(jīng)驗(yàn)上升到對(duì)抽象概念型經(jīng)驗(yàn)的理解上。

3.1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

土木工程的實(shí)踐教學(xué)主要分為實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)訓(xùn)練兩個(gè)方面。因?yàn)槭艿綄?shí)驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)耗材等方面的限制，使傳統(tǒng)的土木工程實(shí)踐教學(xué)效果并不理想。因此，應(yīng)運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)室和虛擬實(shí)習(xí)基地，以仿真的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)景模型、實(shí)驗(yàn)流程的演示和交互、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)信息和提示內(nèi)容等作為基礎(chǔ)，使構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室與實(shí)習(xí)基礎(chǔ)更為直觀地反映出場(chǎng)景環(huán)境、試驗(yàn)器材、方法步驟及注意事項(xiàng)等方面的內(nèi)容，這樣就可以使學(xué)生能夠全程體驗(yàn)并參與到建筑施工的過(guò)程之中，全方位、多角度、分階段和重復(fù)性地進(jìn)行建筑現(xiàn)場(chǎng)施工體驗(yàn)［5］。另外，學(xué)生運(yùn)用虛擬儀器、虛擬設(shè)備、虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)踐操作，可以較好地實(shí)現(xiàn)低成本、低投入和低風(fēng)險(xiǎn)的教學(xué)要求，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、分析能力和解決問(wèn)題的能力的教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，創(chuàng)新出一種低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、低投入、高效率的全新教學(xué)方式，全方位、全過(guò)程、全領(lǐng)域地系統(tǒng)解析工程實(shí)踐教學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生對(duì)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的全面理解和操作應(yīng)用，達(dá)到理論結(jié)合實(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)和效果。

3.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用

3.2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建土木工程教學(xué)環(huán)境

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建土木工程教學(xué)環(huán)境，主要體現(xiàn)在課堂理論知識(shí)教學(xué)中。通過(guò)對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，教師在講解土木工程理論知識(shí)時(shí)，可以有效地結(jié)合三維立體的虛擬建筑工程的場(chǎng)景布設(shè)和施工操作技能要點(diǎn)進(jìn)行模擬化、直觀化的操作訓(xùn)練，根據(jù)土木工程教學(xué)實(shí)踐有關(guān)內(nèi)容，構(gòu)建虛擬與真實(shí)相結(jié)合的教學(xué)情景，對(duì)學(xué)生講解有關(guān)知識(shí)和技能實(shí)踐，從而可以有效地使學(xué)生感受到土木工程施工現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)場(chǎng)景，收獲全新的知識(shí)體驗(yàn)。

3.2.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在土木工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)操作時(shí)，可以在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中放置土木工程專業(yè)有關(guān)的教學(xué)標(biāo)志物，學(xué)生可以通過(guò)移動(dòng)終端攝像頭來(lái)捕獲到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備、元件等相關(guān)操作和知識(shí)信息［6］。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)標(biāo)志物在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)跟蹤，利用搜索功能，實(shí)現(xiàn)獲取真實(shí)或虛擬工程場(chǎng)景中所有標(biāo)志物的具體方位和移動(dòng)變化軌跡，有助于學(xué)生對(duì)于工程施工現(xiàn)場(chǎng)各要素的全方位感知和理解。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，即VR/AR 技術(shù)，是人機(jī)交互模式下的一種新的科學(xué)技術(shù)。通過(guò)VR/AR技術(shù)在土木工程教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)被動(dòng)式靜態(tài)信息接受的教學(xué)模式，有效地利用虛擬與真實(shí)相結(jié)合的教學(xué)方式，創(chuàng)建人機(jī)交互的教學(xué)場(chǎng)景、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生聽、視等多種感覺(jué)器官的動(dòng)態(tài)感知能力，將理論知識(shí)研究與工程實(shí)踐操作完美結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生在全新教學(xué)體驗(yàn)中對(duì)所學(xué)知識(shí)技能進(jìn)行深度的理解和掌握，達(dá)到了理論結(jié)合實(shí)際和學(xué)以致用的教學(xué)效果和目的。