基于MR技術(shù)在自動售票機展示中的教學(xué)實踐研究

嚴善林 魏九妹

濟南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟南 250200

隨著科技的進步，虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在日益蓬勃發(fā)展，而近年來世界各個領(lǐng)域也都對虛擬現(xiàn)實技術(shù)予以了高度重視，也使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸成了各應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)的熱門話題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種包括了自動控制、控制工程、電腦圖形學(xué)、硬件設(shè)計、模式辨識、人工智能、多媒體教學(xué)科技、軟件工程、傳感信息、圖像可視化信息、電腦視覺和計算機動畫信息等諸多內(nèi)容的計算機綜合科學(xué)技術(shù)，而在計算機的不斷發(fā)展下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用也在進一步的推廣與普及［1］。通過虛擬現(xiàn)實MR技術(shù)對自動售票機結(jié)構(gòu)模擬操作，充分了解設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備操作使用流程。

《教育部關(guān)于進一步推進職業(yè)教育信息化發(fā)展的指導(dǎo)意見》（教職成〔2017〕4號）要求，“進一步完善信息化教學(xué)大賽制度，國家與地方每年舉辦職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽，提高參與率，積極轉(zhuǎn)化大賽成果并廣泛共享?！毙畔⒒虒W(xué)也是當(dāng)下教育理念變革的熱點之一。而信息化教學(xué)實踐則是要求在信息化的大環(huán)境下，教育者根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理利用多種信息化手段和資源，有效解決教學(xué)中的重點與難點問題。本文將自動售票機操作課程與信息化教學(xué)緊密結(jié)合，便于學(xué)生更好地理解掌握城軌自動售票機相關(guān)理論及實踐操作。

一、混合現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著2010年上海世博會等重大的國際博覽會活動在我國的開展，數(shù)字化的各類展覽形式深受廣大觀眾的熱議和青睞，利用數(shù)碼技術(shù)的表現(xiàn)手段也開始越來越為人所關(guān)注并有愈演愈烈之勢，但是在商業(yè)性的產(chǎn)品展覽活動中這種技術(shù)性的表現(xiàn)手段在國內(nèi)卻還未被完全的運用和發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實、強化真實和混合真實等都是基于電腦仿真技術(shù)的興起為歷史背景而形成的［2］。三者之間既有差異又有所密切聯(lián)系，可以說明混合現(xiàn)實MR是由虛擬現(xiàn)實、強化真實而蓬勃發(fā)展起來的，同時三者的科技發(fā)展趨勢也相互影響彼此交叉，協(xié)同發(fā)展。

單純從“混合現(xiàn)實”這樣的數(shù)字技術(shù)，或者僅僅是從產(chǎn)品演示的視角來看，國外關(guān)于這兩個方向的研究都相當(dāng)全面和廣泛，但結(jié)合二者的研究則較為少見。當(dāng)前，中國致力于產(chǎn)品陳列設(shè)計的藝術(shù)相關(guān)人才，多數(shù)畢業(yè)于藝術(shù)類專業(yè)以及商品市場營銷類專業(yè)，對設(shè)計美學(xué)、產(chǎn)品與行銷戰(zhàn)略等方面均具備諸多認識，但卻相對欠缺與創(chuàng)新技術(shù)融合發(fā)展的設(shè)計思維與前瞻眼光。

二、混合現(xiàn)實技術(shù)特點

混合真實技術(shù)在信息展示設(shè)計的實際應(yīng)用中，往往要求形成一種比當(dāng)前計算機時代更加直觀和自由的信號環(huán)境，利用各種傳感器裝置和多維的信號傳輸，而不受時間、空間的約束，既基于真實世界又超出了真實世界；這一環(huán)境中擁有高度個性化的輸入與輸出，人們可以沉浸其間、出入自如并能與它實現(xiàn)天然的交互作用［3］。也因而，混合現(xiàn)實展示技術(shù)同時具備真實感、即時互動式和構(gòu)想性的特征。

（一）真實性

相比于以往的虛幻實際顯示技術(shù)來說，混合虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)主要的優(yōu)勢就放在其模擬性、真實程度，以及親臨其境的臨場感的產(chǎn)生。虛擬現(xiàn)實通常只是顯示由計算機仿真的虛擬世界，而混合虛擬現(xiàn)實顯示的科學(xué)技術(shù)，卻能使虛擬世界和真實世界充分地融入，讓觀者更為身臨其境，激發(fā)更多栩栩如生的感覺體驗。

（二）實時互動性

在原有虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)與傳統(tǒng)實物顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過混合虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)使二者相結(jié)合，猶如一個建立在電腦虛幻與實際感覺世界中間的一個展示橋梁，讓消費者們在虛幻與實際中間能夠自如地穿梭，從而突破了傳統(tǒng)靜態(tài)顯示的呆板與訊息傳達的單向性，真正地完成了各種人與物間的交互和溝通。

（三）構(gòu)想性

MR技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)的空間將非常巨大，而隨著科技進步，多媒體、計算機科學(xué)在一些領(lǐng)域的不斷發(fā)展，混雜實際顯示技術(shù)的類型也會進一步擴大。透過與已有的增強現(xiàn)實技術(shù)（擴增實境）、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段的交叉與疊加應(yīng)用，亦可產(chǎn)生出全新的虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)［4］。而科學(xué)的發(fā)展無止境也為混合實際顯示技術(shù)的開發(fā)提供了無盡的可想象空間。

三、傳統(tǒng)產(chǎn)品展示形式弊端

傳統(tǒng)自動售票機結(jié)構(gòu)展示是根據(jù)廠商提供的二維圖紙，無法給使用者提供全方位、立體直觀的展示，學(xué)習(xí)者在結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)過程中無法充分透徹掌握，從而使學(xué)習(xí)受到限制。

（一）缺乏互動體驗

在傳統(tǒng)商品陳列過程中，由于陳列形態(tài)的單調(diào)和呆板或者是陳列形式的千篇一律的模式，已無法滿足學(xué)習(xí)者希望進一步認識商品的個性化欲望。

人們往往有這樣的體會，當(dāng)一個操作比較復(fù)雜或科學(xué)質(zhì)量相對而言較高的商品，僅僅透過平面海報或商品實物平靜地展現(xiàn)在人們眼前時，人們就很可能會由于不知道怎樣使用它，又或者不知道它存在的價值而放棄了購買。因為單純的外表呈現(xiàn)，根本無法把商品中更多正確、價值的訊息合理地傳達至消費者本身，因此商品和消費者本身相互之間也沒法形成更多的共鳴點。

哪些商品是市場消費者最希望了解的，怎樣使市場消費者在限定的時間和空間內(nèi)，盡量多地知道商品信息，怎樣抓住市場消費者的眼睛，怎樣使市場消費者在經(jīng)過商品介紹后不但對商品留下深刻印象，而且還能形成好感從而形成強烈購物欲，這類以消費者利益為主要中心的個性化提問，實際上都是中國傳統(tǒng)商品陳列設(shè)計業(yè)必須反思與突破的地方。

（二）信息接受被動型

中國傳統(tǒng)的商品陳列建筑設(shè)計是沿襲著中國傳統(tǒng)的“推”式銷售管理模式下產(chǎn)品設(shè)計的，全部的商品訊息由商店運用各類顯示技術(shù)手段“推”給消費者。這也就使得中國傳統(tǒng)形態(tài)的商品陳列建筑設(shè)計，發(fā)展至今幾乎已經(jīng)進入到了一種瓶頸狀態(tài)。商品陳列者必須挖空心思運用不同造型元素和不同質(zhì)地的物料來做產(chǎn)品設(shè)計，特別是在近二十多年的商品陳列建筑行業(yè)里，各具特色的商品陳列形態(tài)已經(jīng)層出不窮，且創(chuàng)新改進的速率也日益提高［5］。但顯然愈來愈多的商品陳列設(shè)計者已經(jīng)進入“形式法則”的怪圈，一味地尋求展示形式的新奇而忽視了產(chǎn)品展示的實質(zhì)目的。目前，許多展示行業(yè)過分重視展架、陳列等形狀、款式美觀度方面的產(chǎn)品設(shè)計，缺乏對“商品—客戶”二者之間互動的考慮。

但是，隨著現(xiàn)代經(jīng)營理念的發(fā)展和變化，商品陳列空間設(shè)計也需要在這種模式變化中探索出新的創(chuàng)意方式。展出的商品之間不僅存在被動地看或不看的關(guān)聯(lián)，而且借助各種動態(tài)化、交互化的展覽方式，把消費者主動引入到商品的陳列當(dāng)中，同時能夠?qū)崿F(xiàn)消費者個性化的了解需求，從不同層面各個視角來深入認識和感受被展出的商品。

四、混合現(xiàn)實技術(shù)在自動售票機展示應(yīng)用的優(yōu)勢

自動售票機控制系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)各部門功能要求的不同可分為以下五大部分，習(xí)慣上叫做五個模塊，分別為控制系統(tǒng)模組、主控模組、（與各站管理中心）聯(lián)系模組、裝置單元組成模組，以及維護模組［6］。

監(jiān)控模組是手動售票機控制系統(tǒng)的重要核心監(jiān)控模組，涉及各類技術(shù)參數(shù)添加與更新、控制系統(tǒng)狀態(tài)檢測、指令交換與管理、服務(wù)模式變換等，同時也是整個控制系統(tǒng)的管理樞紐。

主服務(wù)模塊，是整個系統(tǒng)界面展示、購票服務(wù)以及充值服務(wù)的主體。包含了界面模塊、業(yè)務(wù)流程處理、大數(shù)據(jù)分析、異常管理、硬件設(shè)備響應(yīng)管理等。

界面模塊主要是為旅客提供用于車票和充值服務(wù)的界面顯示、頁面切換、消息提醒等相關(guān)信息提示功能，是旅客和系統(tǒng)互動的重要門戶。因為其和主要服務(wù)有關(guān)，故細分到主要服務(wù)模塊。

通信模塊，是在自動售票機控制系統(tǒng)內(nèi)和列車控制中心相互之間實現(xiàn)消息通訊、指令交換、各種數(shù)據(jù)打包式上傳、各類參數(shù)加載、更新、運行計時任務(wù)等功用的組成部分，是在控制系統(tǒng)內(nèi)和外界（列車管理中心）相互之間實現(xiàn)連接的主體。

設(shè)備單位一般包括鑄幣單位、貨幣單元、流通單位等部分組成。上述模塊的實物上就是具體的硬件設(shè)備，并具有一定的功能接口。設(shè)備模塊功能上一般是設(shè)置一定的流程，并可以通過調(diào)用上述界面來使用硬件設(shè)備，從而完成具體服務(wù)。

維修模塊，主要是以頁面形態(tài)供工作人員完成交易信息、設(shè)備狀態(tài)檢查、保養(yǎng)、修理等操作，及按流程完成日常更換錢票箱使用等。

根據(jù)自動售票機真實結(jié)構(gòu)，運用三維制圖軟件制作出簡單的結(jié)構(gòu)圖，進一步構(gòu)建整個自動售票機架構(gòu)系統(tǒng)［7］。效果圖確定之后，由數(shù)模師根據(jù)效果圖完成三維模型創(chuàng)建，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將設(shè)計模型置入虛擬場景，設(shè)計上可以感受自動售票機在現(xiàn)實情境中的體驗。但傳統(tǒng)的VR沉浸式技術(shù)只是允許用戶直接感受到虛擬環(huán)境，而設(shè)計人員卻無法直接和VR使用者進行互動，而MR混合現(xiàn)實技術(shù)則防止了此類狀況的出現(xiàn)。首先MR混合現(xiàn)實技術(shù)采用了手勢識別，模仿人類自然的動作行為，顯示高清的全息影像，再采用MR透明屏幕，使用者可以無障礙觀察外部世界，同時與多名顯示器眼鏡佩戴者針對虛擬的設(shè)計展開直接交流。

不同于VR的頭戴沉浸式感受，MR的互動方式感受更為直觀。在物聯(lián)網(wǎng)時代，人機互動已經(jīng)不再是電氣化機械控制，而更多的是利用圖像、語音指令來操作，同時由于物聯(lián)網(wǎng)人工智能、語音手勢操控等新科技的加入，人們對人機之間的互動需求也愈來愈高，并希望將用戶的學(xué)習(xí)成本大大減少［8］。因此自動售票機設(shè)計中的人機互動也是虛擬信息交流的重要基礎(chǔ)，在設(shè)計階段，可以通過MR混合現(xiàn)實技術(shù)真實模擬人機交互方式，設(shè)計師能夠在最大程度模仿使用者的實際體驗，并與其體驗者進行溝通探討交互方式和內(nèi)容，從而極大提升了產(chǎn)品設(shè)計中創(chuàng)新迭代的效果和真實性。這種混合現(xiàn)實技術(shù)，不但能夠模仿傳統(tǒng)的機械鍵盤或是觸屏式操作方法，而且還能夠利用全息投影技術(shù)將信息直接顯示在實際環(huán)境中。相對比傳統(tǒng)的照片顯示或是動畫呈現(xiàn)，這種模擬技術(shù)更為現(xiàn)實有效，而且便于編輯調(diào)整，評審者們可以迅速對比不同的設(shè)計方案，從而決定最終實施方案。

五、信息化教學(xué)實踐活動

學(xué)生通過雨課堂客戶端進入課程，通過課前觀看微課視頻及行為規(guī)范相關(guān)材料自主學(xué)習(xí)，教師根據(jù)課前反饋調(diào)整課堂教學(xué)活動。

首先根據(jù)“自動售票機故障”這一短視頻導(dǎo)入課程內(nèi)容，帶領(lǐng)學(xué)生思考自動售票機故障原因，逐步講解自動售票機的結(jié)構(gòu)組成、工作原理等內(nèi)容，通過三維仿真動畫演示，熟悉自動售票機結(jié)構(gòu)［9］。在觀看過程中，提醒學(xué)生注意學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容，通過MR技術(shù)，使學(xué)生身臨其境，動手操作，進一步鞏固教學(xué)重難點，完成教學(xué)目標(biāo)。

在整個教學(xué)過程之中，以學(xué)生為主體，通過線上線下教學(xué)相結(jié)合，開設(shè)情景設(shè)計、知識學(xué)習(xí)、仿真演練、實踐操作過程進行能力提升。

六、結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，混合現(xiàn)實技術(shù)也開始被逐步使用于人類經(jīng)濟社會生活的各個領(lǐng)域中，而混合現(xiàn)實MR發(fā)展與廣泛應(yīng)用也對產(chǎn)品展示產(chǎn)生著更加重要的影響［10］。產(chǎn)品通過使用混合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以完成整個生產(chǎn)制造流程的數(shù)字化，而虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品的設(shè)計過程無論在信息存儲方式或功能上都和真實計算機模型類似，高度相似性的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品設(shè)計思想推動了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，并使之變成了產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)展示中的主要方法。

實踐表明，將信息化手段引入教學(xué)全過程，不僅有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，最終使得教學(xué)目標(biāo)圓滿達成。