劉振 楊雪蓉 馬長清

摘 ? 要：在高職院?，F(xiàn)代化教育教學(xué)的進(jìn)程中，著眼學(xué)生理論與實踐結(jié)合的能力的教學(xué)實訓(xùn)基地建設(shè)一直是其基礎(chǔ)資源建設(shè)的重要組成部分，尤其是針對不同的專業(yè)人才培養(yǎng)如何建設(shè)示范性強(qiáng)、社會影響大、教學(xué)成果高產(chǎn)出的現(xiàn)代化實訓(xùn)基地是高職院校發(fā)展亟待解決的問題。本文通過對當(dāng)前三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行研究和總結(jié)，探討將當(dāng)前三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實訓(xùn)基地建設(shè)的方法和對未來三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地建設(shè)進(jìn)行技術(shù)上的展望。

關(guān)鍵詞：三維虛擬教學(xué) ?實訓(xùn)基地 ?構(gòu)建方法

中圖分類號：G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0223-02

高校實訓(xùn)基地作為在校學(xué)生技能培養(yǎng)和技能創(chuàng)新的搖籃，在學(xué)校建設(shè)中舉足輕重。近年來，各高校從政策支持、資金投入及建設(shè)模式等方面積極規(guī)劃，力爭建設(shè)行業(yè)領(lǐng)先、國內(nèi)一流的實訓(xùn)基地。然而，在建設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)，一些專業(yè)，尤其是新興專業(yè)人才培養(yǎng)的硬件設(shè)備采購和硬軟件的更新速度所需的建設(shè)資金遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實訓(xùn)基地的建設(shè)預(yù)算資金，這就嚴(yán)重限制了高校實訓(xùn)基地的建設(shè)規(guī)模和推進(jìn)速度。三維虛擬技術(shù)的引入，對有限資金投入、技能型強(qiáng)和技術(shù)設(shè)備更新較快的專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 ?三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)概念

三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)由于它完全符合人類獲取外界信息的生理因素，即人類習(xí)慣于先通過視覺效果來對信息進(jìn)行直觀獲取，已成為當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)展的一個熱門研究方向。該技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中的技術(shù)。在三維虛擬環(huán)境中，用戶可以完成漫游、量測、查詢和分析等交互操作，目前已廣泛應(yīng)用于教育、醫(yī)療、交通、機(jī)械制造、城市規(guī)劃以及三維視景等行業(yè)。

2 ?三維虛擬技術(shù)

目前三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種集成技術(shù)，在根據(jù)其應(yīng)用特征可以分為：

（1）桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

該類型虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要通過計算機(jī)或工作站進(jìn)行三維場景仿真或建模，完成三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境的構(gòu)建，并通過計算機(jī)屏幕或投影的方式給參與者一個感知的三維窗口。同時通過外部輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)、操縱桿和3D立體眼鏡等實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互。該三維虛擬技術(shù)在參與者與虛擬環(huán)境間的交互過程只是通過屏幕或投影觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，參與者容易受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾，缺少沉浸感與現(xiàn)實體驗。但是該技術(shù)的配置成本相對較低且易實現(xiàn)，因此在各行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。

（2）沉浸型虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

沉浸型虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種高級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，能給參與者提供一種置身于虛擬境界之中的感覺和完全沉浸的體驗。該技術(shù)通過對外部輸入設(shè)備與三維場景進(jìn)行人工美學(xué)設(shè)計與集成，如頭盔式顯示器，把參與者的視覺、聽覺和其它感覺封閉起來，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，并利用傳感器產(chǎn)品，如位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套等使得參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全心投入和沉浸其中的感覺。利用這一技術(shù)能模仿許多高成本的、危險的真實環(huán)境用于實驗數(shù)據(jù)采集與分析。其主要應(yīng)用在較大型項目解決方案，如虛擬教育、數(shù)據(jù)和模型的可視化、軍事仿真訓(xùn)練、工程設(shè)計、城市規(guī)劃等方面。

（3）增強(qiáng)型虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

該技術(shù)是指利用計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息對用戶所觀察的真實環(huán)境進(jìn)行融合，真實環(huán)境和虛擬物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在，拓展和增強(qiáng)用戶對周圍世界的感知的一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)。該技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)強(qiáng)調(diào)將用戶的感官與現(xiàn)實世界絕緣而沉浸在一個完全由計算機(jī)所控制的信息空間之中，而增強(qiáng)型虛擬現(xiàn)實技術(shù)則強(qiáng)調(diào)將計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬環(huán)境信息與真實環(huán)境融為一體，從而增強(qiáng)用戶對真實環(huán)境的理解。其目前主要應(yīng)用側(cè)重于輔助教學(xué)與培訓(xùn)、醫(yī)療研究與解剖訓(xùn)練、軍事偵察及作戰(zhàn)指揮、精密儀器制造和維修、遠(yuǎn)程機(jī)器人控制、娛樂等領(lǐng)域。

（4）分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)是單用戶虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化、多用戶化。較單個用戶在虛擬環(huán)境中的漫游、與虛擬環(huán)境及其中的物體進(jìn)行交互，該技術(shù)旨在將不同的局部虛擬環(huán)境通過空間關(guān)聯(lián)以構(gòu)造大范圍的虛擬環(huán)境，多個用戶通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，同時參與到該虛擬環(huán)境中來，共同體驗虛擬經(jīng)歷，共同對同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，以達(dá)到協(xié)同工作和共享信息的目的。當(dāng)前分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)在遠(yuǎn)程教育、科學(xué)計算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用前景。

3 ?三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地的構(gòu)建方法

本文通過對三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與分析，結(jié)合專業(yè)教學(xué)實訓(xùn)基地功能需求，在虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地的構(gòu)建方法上進(jìn)行了以下幾方面的總結(jié)。

（1）三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地建設(shè)必須進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。

專業(yè)實訓(xùn)基地的建設(shè)必須進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，確定實訓(xùn)基地項目功能主題，緊扣主題進(jìn)行項目分類，確定實訓(xùn)基地整體建設(shè)方案和實訓(xùn)基地具體實訓(xùn)項目與三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合點和創(chuàng)新點，解決項目實訓(xùn)基地“為什么需要引入三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)”，“引入新技術(shù)較傳統(tǒng)實現(xiàn)方式的優(yōu)勢在哪里”等焦點問題。

（2）三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺的確定

三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地系統(tǒng)設(shè)計完成后，根據(jù)建設(shè)方案，根據(jù)實訓(xùn)基地教學(xué)功能進(jìn)行三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺的比選。比選的主要因素應(yīng)該是實訓(xùn)室功能主題、實訓(xùn)基地現(xiàn)有硬軟件條件、實訓(xùn)基地布局、實訓(xùn)基地建設(shè)的前瞻性、實訓(xùn)基地實訓(xùn)項目的操作性與效果和技術(shù)平臺的性價比等，尤其是實訓(xùn)項目功能的三維虛擬互動操作性?？傊鶕?jù)實訓(xùn)基地建設(shè)要求，選擇合適的技術(shù)平臺十分關(guān)鍵。

（3）三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地虛擬教學(xué)資源的模塊化設(shè)計。

基于三維虛擬技術(shù)進(jìn)行實訓(xùn)基地建設(shè)，最終目的是為了更好地提高實訓(xùn)教學(xué)效果，讓一些傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)無法實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)起來較困難的實訓(xùn)項目通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)或者交互操作來實現(xiàn)。在虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地中，應(yīng)該對每一個實訓(xùn)項目進(jìn)行教學(xué)資源，如教學(xué)設(shè)計、教學(xué)條件和虛擬教學(xué)所需數(shù)據(jù)模型等進(jìn)行模塊化設(shè)計，讓每一個實訓(xùn)項目成為一個成功的實訓(xùn)案例。

4 ?三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地展望

三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域，尤其是在三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地建設(shè)方面的應(yīng)用在將來肯定是大有可為的。三維虛擬教學(xué)實訓(xùn)基地的建設(shè)，不僅能滿足傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)項目實踐要求，而且在傳統(tǒng)實訓(xùn)基地不能進(jìn)行實踐的項目上提供了可行性。同時也解決了高職院校實訓(xùn)基地在建設(shè)周期中面臨的因技術(shù)變革或崗位技能變化而造成的一投入就落后現(xiàn)場的建設(shè)難題，避免造成建設(shè)資金浪費和硬件的重復(fù)建設(shè)。

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