基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的《計(jì)算機(jī)組裝維護(hù)》課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建

陳 靜 張 陽

(長(zhǎng)春科技學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130600)

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR-Virtual Reality)通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，用戶以自然的方式對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行體驗(yàn)和交互。特點(diǎn)如表1所示。

表1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

《計(jì)算機(jī)組裝維護(hù)》是實(shí)操技能比較強(qiáng)的課程，主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)知識(shí)和維護(hù)方法。本門課程主要是培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)方面的技能，但是在授課過程中，由于各種客觀原因，一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)無法順利進(jìn)行，而一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以很好地解決這些問題。通過《計(jì)算機(jī)組裝維護(hù)》課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解更加透徹，熟悉更多的硬件，很快掌握技能，使教學(xué)效果得到很大提高。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真，學(xué)生在其中可以觀察和操控對(duì)象，讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。人機(jī)交互主要是鼠標(biāo)響應(yīng)事件，如點(diǎn)擊、拖動(dòng)等，將虛擬的硬件，按實(shí)驗(yàn)要求完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

采用3DMAX、Unit3D等技術(shù)，設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)中模擬了如何裝配一個(gè)主機(jī)，在組裝的過程中各個(gè)硬件如何進(jìn)行安裝，如顯卡、主板、內(nèi)存、風(fēng)扇、中央處理器等的組裝；軟件的安裝與測(cè)試等實(shí)訓(xùn)，學(xué)生能夠在虛擬三維空間中真實(shí)地感受各個(gè)硬件的安裝與調(diào)試。承載平臺(tái)的電腦系統(tǒng)常規(guī)配置要求如下表2所示。

表2 常規(guī)配置要求

(1)硬件及環(huán)境的建模。采用3DMAX軟件進(jìn)行3D建模，包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境及各種計(jì)算機(jī)硬件。模型仿真度高，能夠完成人機(jī)交互，同時(shí)可以利用互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)有的模型資源，可以利用三維軟件進(jìn)行二次編輯后，再將這些模型生成VRML文件，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)多需要利用VRML文件做交互，3DMAX制作的模型導(dǎo)出VRML格式才能用于程序中，導(dǎo)出后經(jīng)過二次開發(fā)，形成豐富多彩的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，達(dá)到構(gòu)建三維場(chǎng)景的目的。

(2)使用Unit3D和RVML技術(shù)實(shí)現(xiàn)組裝過程的交互。利用Unit3D編程軟件和C#語言使模型和環(huán)境具有人機(jī)交互的功能，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中漫游，360°全方位了解組裝的全過程，這樣就避免了對(duì)實(shí)際硬件的損壞。

(3)提供基礎(chǔ)組裝維護(hù)過程的視頻資料和文檔資料。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)習(xí)者提供了部分學(xué)習(xí)資料，以便熟悉整個(gè)組裝維護(hù)過程，學(xué)生可以根據(jù)資料內(nèi)容自己動(dòng)手操作實(shí)踐，從而掌握技能。

(4)操作提示功能，平臺(tái)在學(xué)生進(jìn)行操作的過程中，針對(duì)不同的硬件會(huì)有相應(yīng)的操作提示，如在安裝CPU時(shí)，會(huì)先出現(xiàn)“打開CPU頂蓋”的提示，同時(shí)處于可操作狀態(tài)的硬件顏色會(huì)呈現(xiàn)出綠色，這樣就避免學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作。

(5)硬件模型庫。將編輯完的模型資源存儲(chǔ)到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的模型庫中，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)可以對(duì)硬件進(jìn)行選擇，從而組裝成一臺(tái)完整的機(jī)子。模型庫中資源不斷更新，包括3D模型及硬件的相關(guān)參數(shù)，學(xué)生在庫中可以根據(jù)相關(guān)要求選擇參數(shù)適合的硬件模型。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要意義

針對(duì)實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)際教學(xué)中需要將理論與實(shí)訓(xùn)密切結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。將虛擬技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造一種自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建。這一技術(shù)的應(yīng)用既節(jié)省資金，又可以讓學(xué)生完成各種實(shí)驗(yàn)，一舉兩得。

(1)節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，虛擬資源可以不斷重復(fù)利用。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的使用不受時(shí)間、資金、場(chǎng)地的限制，虛擬資源不受使用頻率限制，利用率高，豐富了學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。

(2)更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。由于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在虛擬的三維環(huán)境中模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有游戲的特點(diǎn)，利用學(xué)生玩的天性激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在玩中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)。

總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠獲得更好的教學(xué)效果，對(duì)精密設(shè)備的仿真建模，可以避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作帶來的各種突發(fā)事件對(duì)設(shè)備造成的損壞，也降低了對(duì)學(xué)生人身安全的危害。

4 虛擬設(shè)備與真實(shí)設(shè)備的差異

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，彌補(bǔ)了硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、上課時(shí)間受限等問題，在教學(xué)中有非常重要的意義。但在教學(xué)應(yīng)用的過程中也要處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“真實(shí)實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系，不可一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn)，要二者結(jié)合，虛實(shí)搭配，在互做補(bǔ)充的同時(shí)，又各有側(cè)重點(diǎn)，只有這樣才能得到良好的教學(xué)效果。另外，教師也要注意，雖然是虛擬實(shí)驗(yàn)，也要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。