VR技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用

□宋 剛 穆 波 朱奕辰 武漢工程大學(xué)

一、傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝教學(xué)存在的問題

工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不僅涉及不同材料的加工工藝、不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)拼裝，還涉及殼體、箱體、連接、固定、密封、安全等。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師通常運(yùn)用理論講解和實(shí)物演示的方法，讓學(xué)生直觀地了解不同結(jié)構(gòu)的特征和作用。而在藝術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)中，這些教學(xué)內(nèi)容一直是薄弱環(huán)節(jié)。

二、在工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝教學(xué)中引入VR技術(shù)的必要性

（一）增加產(chǎn)品在課堂中的展示教學(xué)

由于課堂平時(shí)演示的模型有限，結(jié)構(gòu)拆裝教學(xué)的開展受到了一定的阻礙，針對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生，教師可以把需要研究的產(chǎn)品實(shí)物創(chuàng)建為虛擬模型，這樣學(xué)生就可以任意調(diào)整產(chǎn)品角度、大小，進(jìn)行分解組裝，從而充分了解被研究產(chǎn)品的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、安裝程序及材料特性等。

（二）提高學(xué)生參與設(shè)計(jì)的實(shí)操性，解決傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的局限性

對(duì)學(xué)生而言，他們通常難以接觸生產(chǎn)的全過程。而通過將VR技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相融合，教師就可以擺脫空間、時(shí)間的束縛，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的交互感受，提高其操作水平，從而解決現(xiàn)實(shí)課堂學(xué)生安全的問題。并且教師可通過虛擬端進(jìn)行教學(xué)拆分實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生重復(fù)觀看操作步驟，從而減少學(xué)生錯(cuò)誤操作情況。

三、虛擬化教學(xué)模式與教學(xué)過程

（一）虛擬化教學(xué)模式

虛擬化教學(xué)模式是指在基礎(chǔ)的教學(xué)框架上引進(jìn)信息化VR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與數(shù)字化科技相結(jié)合，教學(xué)環(huán)境交互化，教學(xué)內(nèi)容虛擬化、可視化。虛擬化教學(xué)模式，能為學(xué)生營造更真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，改變了傳統(tǒng)教學(xué)中教師是課堂教學(xué)的主導(dǎo)者和學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。在虛擬化教學(xué)模式下，教師由課堂教學(xué)的主導(dǎo)者變?yōu)檎n堂學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、服務(wù)者，學(xué)生由原來的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)槌两降闹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，能根據(jù)自身薄弱環(huán)節(jié)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而提高學(xué)習(xí)的積極性。

（二）基于VR技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝教學(xué)過程

工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝課程由用戶登錄、拼裝結(jié)構(gòu)訓(xùn)練平臺(tái)、學(xué)生在線學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)模塊構(gòu)成，教師在講解完課程內(nèi)容后，選擇物體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分配布置，讓學(xué)生在虛擬端進(jìn)行拆分練習(xí)，再導(dǎo)入PC端進(jìn)行深度改良設(shè)計(jì)。完成以上所有操作后，學(xué)生可以從虛擬端視覺角度，在場景中反復(fù)驗(yàn)證，并提交最終設(shè)計(jì)。

四、工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝課程虛擬化教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐

本課題組構(gòu)建的工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝教學(xué)平臺(tái)結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)模塊化要求，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)拆裝、造型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、場景驗(yàn)證三個(gè)模塊。

（一）結(jié)構(gòu)拆裝模塊

此模塊以教師預(yù)設(shè)的某一產(chǎn)品模型為主，學(xué)生可以通過虛擬端一鍵拆解，按順序組裝、拆卸，更換視角縮放、旋轉(zhuǎn)等操作了解產(chǎn)品的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及生產(chǎn)的工藝。

（二）造型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K

該模塊主要由三個(gè)學(xué)習(xí)庫組成，分別為靜態(tài)零件庫、動(dòng)態(tài)零件庫和材質(zhì)預(yù)設(shè)庫。零件學(xué)習(xí)庫又包含驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、傳動(dòng)模塊、交互模塊、安裝螺釘節(jié)點(diǎn)模塊。教師可以充分利用虛擬技術(shù)和PC端學(xué)習(xí)模塊分別演示產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝全過程，將理論與實(shí)操相結(jié)合。在材質(zhì)預(yù)設(shè)庫中，學(xué)生可以通過調(diào)節(jié)材質(zhì)的種類、顏色、透明度、粗糙度來預(yù)設(shè)自己創(chuàng)建的產(chǎn)品模型。

（三）場景驗(yàn)證模塊

該模塊主要檢驗(yàn)由單一零件組裝完成后的產(chǎn)品能否在選定的工作場合內(nèi)無偏差地使用，檢驗(yàn)零件部位是否安裝妥當(dāng)。

將VR技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)課程教學(xué)中，能改變傳統(tǒng)依靠理論課本的教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)課堂上以學(xué)生為主的教學(xué)模式。本文對(duì)此進(jìn)行了研究，旨在解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在問題，以期為工業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拆裝課程虛擬化教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐提供一定的理論支撐和借鑒。