虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車教學(xué)中的應(yīng)用

楊穎　王浩

摘 要 虛擬現(xiàn)實又稱為“靈境技術(shù)”、“虛擬環(huán)境”、“賽伯空間”等。它是指采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助計算機外用設(shè)備與虛擬世界中的事物進行交互，相互影響，從而使用戶產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感受和體驗。

關(guān)鍵詞 虛擬 教學(xué) 應(yīng)用

中圖分類號：U463.03 文獻標(biāo)識碼：A

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于教學(xué)領(lǐng)域的現(xiàn)實意義

如果說在上世紀(jì)虛擬現(xiàn)實技術(shù)基本上還是處于研究階段，那么本世紀(jì)就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛運用的世紀(jì)。隨著計算機、信息、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，在一定程度上加快了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實際運用步伐，也使得該技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種新興的實用型技術(shù)正主導(dǎo)著教育領(lǐng)域的一場新的革命。

（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)開創(chuàng)了全新的學(xué)習(xí)場景——徹底打破了空間、時間的限制。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可以進入物體的內(nèi)部進行觀察，如學(xué)生可以進入虛擬的分子、原子、航天工作站等內(nèi)部，觀察物體內(nèi)部的情況。

（2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了嶄新的教學(xué)手段——即構(gòu)建實物虛化、虛物實化的方法。通過虛擬現(xiàn)實、計算機、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的綜合運用，可在課堂和實驗室中展現(xiàn)在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中無法實現(xiàn)的教學(xué)過程。

（3）虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式——開創(chuàng)了一個開放性的網(wǎng)上探索學(xué)習(xí)模式。

（4）虛擬現(xiàn)實技術(shù)豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容——展示出全方位、多角度的教學(xué)內(nèi)容。

（5）虛擬現(xiàn)實技術(shù)節(jié)約了教學(xué)成本——開展虛擬實驗，進行虛擬生產(chǎn)。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車專業(yè)教學(xué)中的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于汽車專業(yè)教學(xué)是該技術(shù)在教育領(lǐng)域的具體運用，時間不長，并且遇到的問題也不少，但并不能阻止人們對它的喜愛，無論是教育者還是受教育的一方，在對待虛擬現(xiàn)實技術(shù)的態(tài)度上都非常默契地保持了一致。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車專業(yè)教學(xué)中有以下優(yōu)勢：

（1）彌補了教學(xué)條件的不足。在汽車專業(yè)教學(xué)中，由于實驗設(shè)備、實驗場地、教學(xué)經(jīng)費等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實驗無法進行。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以彌補這些方面的不足，在虛擬實驗室里學(xué)生可以做各種各樣的實驗，并獲得與真實實驗一樣的體會，從而豐富感性認(rèn)識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。虛擬現(xiàn)實技術(shù)進入教育領(lǐng)域?qū)⒂兄诮鉀Q高等院校設(shè)備不足、型號落后、難以及時更新?lián)Q代的困難，必將帶來教學(xué)環(huán)境的重大變革。

（2）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)手段在一般情況下很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因而影響課堂教學(xué)效果。虛擬現(xiàn)實是借助于計算機生成逼真的汽車零部件、發(fā)動機、整車實體，學(xué)習(xí)的內(nèi)容不抽象，不枯燥，從而取得最佳的學(xué)習(xí)效果。虛擬的物體空間結(jié)構(gòu)能培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和動手能力，有助于培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人才。

（3）促進學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境。比如在講自動變速器油液流向時，以前即使有實物也不能看到油液的流向，現(xiàn)在可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，把油液流向形象地表現(xiàn)出來，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中可以直觀的看到，學(xué)生的理解也就從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識了。

3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車專業(yè)教學(xué)中的具體運用

（1）虛擬駕駛技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車駕駛訓(xùn)練中的具體運用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬汽車駕駛的運行環(huán)境和操作效果，模擬系統(tǒng)的圖形部分是由計算機實時形成的，在視頻上看到的道路、車輛、行人、建筑物和交通標(biāo)志等均是隨著駕駛過程的變化而不斷實時變化的，如同駕駛真車一樣，有身臨其境的感覺。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的經(jīng)濟性、安全性及逼真性等特點，對學(xué)生進行交通、駕駛知識的訓(xùn)練和駕駛技能的鍛煉，以代替駕駛前期的實車駕駛訓(xùn)練，能有效減少學(xué)生的培訓(xùn)時間，降低駕駛初期的危險性，并快速提高學(xué)生的駕駛技能。

（2）虛擬汽車造型是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車構(gòu)造教學(xué)中的具體運用。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)事先建立逼真的汽車模型，教師在講授汽車構(gòu)造時，學(xué)生可以方便地從各個角度觀察汽車車身與發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，隨時解剖任何他想要觀察的部位，對零部件進行隨意放大或縮小。理論知識與實踐通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了一體化，將大大提高學(xué)習(xí)的效率。

（3）虛擬汽車故障是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車故障與維修課程中的具體運用。如在學(xué)習(xí)“起動機控制電路故障排除”這部分內(nèi)容時，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建一個逼真的起動機及其控制電路，并設(shè)置故障點，學(xué)生可以根據(jù)三維電路查找故障，采用順藤摸瓜的方式找到相對應(yīng)的故障所在，然后對故障點進行虛擬處理，起動機恢復(fù)原有的性能。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對所有部件的特定部位設(shè)置故障點，通過反復(fù)練習(xí)，學(xué)生可獲得豐富的維修經(jīng)驗。由于虛擬的故障訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以任意進行探索性操作，可提高學(xué)生的創(chuàng)造性。

（4）虛擬發(fā)動機裝配是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在發(fā)動機裝配實踐教學(xué)中的運用。在現(xiàn)場虛擬環(huán)境下，學(xué)生利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對發(fā)動機進行虛擬裝配，計算機對裝配的過程和裝配結(jié)果進行指引、分析和評價。通過反復(fù)的虛擬裝配訓(xùn)練，學(xué)生能夠熟練的掌握發(fā)動機的裝配流程，大大降低了教學(xué)成本，提高了學(xué)習(xí)效率。對裝配工藝和裝配過程進行反復(fù)試驗、分析、比較，能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)動機裝配中的問題，從而改進、優(yōu)化裝配方案。

（5）汽車虛擬試驗系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車檢測技術(shù)教學(xué)中的運用。把汽車模型導(dǎo)入到虛擬環(huán)境中，根據(jù)用戶的輸入控制命令，對汽車模型進行運動學(xué)、動力學(xué)分析，利用分析數(shù)據(jù)在虛擬場景中“虛擬再現(xiàn)汽車試驗過程”，用戶通過各種虛擬傳感器感受并體驗該車的性能，得出性能的評價，根據(jù)評價進行修改模型參數(shù)，該過程可不斷重復(fù)，進行汽車參數(shù)的修改，直至汽車獲得最優(yōu)性能。