中職院?；そ虒W(xué)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的構(gòu)建思考

栗 莉

（沈陽市化工學(xué)校 遼寧沈陽 110122）

引言

中職院校的職業(yè)培養(yǎng)必須要打破傳統(tǒng)的課堂約束，并將工作流程、學(xué)習(xí)過程以及學(xué)生的基本素養(yǎng)與能力全部聯(lián)系在一起，期間務(wù)必強(qiáng)調(diào)教育過程的開放性與實(shí)踐性。但現(xiàn)如今的化工企業(yè)生產(chǎn)過程中所使用的設(shè)備也越來越智能化、連續(xù)化、規(guī)?；一て髽I(yè)中所含的原料、產(chǎn)品都為易燃、易爆且?guī)в卸拘耘c腐蝕性的物料，如果帶著大批學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)際實(shí)習(xí)或開展實(shí)踐性課程其困難與風(fēng)險不敢想象，因此虛擬現(xiàn)實(shí)加護(hù)在中職院?；そ虒W(xué)中有著重要的意義。中職教育主要以市場為導(dǎo)向，面向社會、面向市場來辦學(xué)，中職教育的最終培養(yǎng)人才目標(biāo)就是培養(yǎng)出“建設(shè)、生產(chǎn)、服務(wù)以及管理”的技術(shù)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，其主要創(chuàng)新是在生產(chǎn)建設(shè)中的創(chuàng)新以及產(chǎn)業(yè)服務(wù)的創(chuàng)新以及生產(chǎn)一線管理工作中的創(chuàng)新。為此，中職院校在培養(yǎng)學(xué)生期間應(yīng)從中創(chuàng)新，不再受傳統(tǒng)課堂系統(tǒng)化的局限，將學(xué)生的能力、個性化發(fā)展與學(xué)習(xí)與工作過程中聯(lián)系起來，簡而言之就是注重教學(xué)期間的開放性、職業(yè)性以及實(shí)踐性。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)的研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起初于19世紀(jì)90年代，主要適用于計算機(jī)圖像技術(shù)與新綜合信息技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)各種各樣的傳感器設(shè)備之間的交互與高分辨率現(xiàn)實(shí)，使其形成一個真實(shí)的三維虛擬環(huán)境，可直接與傳感器以及可視化設(shè)備進(jìn)行交互聯(lián)動，圖像和聲音的效果可直接映入到使用者的眼簾，使用者可真實(shí)感受到其中的環(huán)境，只有這樣使用者才能真正融進(jìn)這個特殊的環(huán)境當(dāng)中，去了解與控制虛擬世界的東西，以此來獲取最為真實(shí)的感受與體驗(yàn)[1-2]。

近些年隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要性也日益凸顯。19世紀(jì)90年代，我國正式將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列為未來863重大計劃當(dāng)中。由于目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國發(fā)展過程階段取得了很大的進(jìn)步，一些取得成果的關(guān)鍵研究也已逐漸進(jìn)入國際市場。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中職院?；そ虒W(xué)中的應(yīng)用又是教育的一次重大改革。此技術(shù)的應(yīng)用肯定能為學(xué)生創(chuàng)造一個良好的校園環(huán)境，并打破傳統(tǒng)教學(xué)的局限，代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)模式的是一種符合現(xiàn)代化發(fā)展的全新教學(xué)模式，學(xué)生可利用自己之間的交互信息來掌握其專業(yè)的技能與知識。當(dāng)下，已經(jīng)有眾多中職院校都在積極開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并合理的應(yīng)用，已建立起一大批虛擬現(xiàn)實(shí)課程，已最快的速度將信息技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)用技術(shù)。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)真正地在我國應(yīng)用是在20世紀(jì)末，它主要通過目前最為先進(jìn)的電腦交互技術(shù)中心的繪圖板塊，并利用高分辨率的屏幕顯示與傳感器技術(shù)，來構(gòu)建出最最貼切于現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境，其主要構(gòu)成就是利用傳感器以及可視化裝備來講信息、影視、圖像與聲音以更直接的方式投送到使用者的眼簾，讓使用者感受到真實(shí)的觸摸、視覺以及聽覺。使其滲透至特殊的自然環(huán)境當(dāng)中，以此為基礎(chǔ)去了解虛擬世界中的事物，從而達(dá)到一種身臨其鏡的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征可劃分為三種不同的姿態(tài)，分別為互動、沉浸式以及建設(shè)性?；訒蕴摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，將虛擬環(huán)境中的圖像、聲音、觸感以及心率等通過人機(jī)結(jié)構(gòu)來直接連接使用者的感官，并利用感官來檢測使用者的反應(yīng)與動作，并由此在經(jīng)過不斷調(diào)整最終形成個圖像序列。使用者可以直接對虛擬環(huán)境中的來進(jìn)行管理操作，且在操作前自身了解行為產(chǎn)生的影響[3]。沉浸式指的是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來為使用者提供可以沉浸其中得環(huán)境。在與機(jī)器交互的過程中，使用者可感覺到自己處于虛擬環(huán)境當(dāng)中，在虛擬環(huán)境當(dāng)中可跟實(shí)際現(xiàn)實(shí)當(dāng)中一樣左顧右盼，而并不是單純的作為旁觀者在外界向內(nèi)顧盼。這樣做可以更加清晰的了解計算機(jī)研究的內(nèi)涵，將抽象的數(shù)據(jù)信號專為更為真實(shí)的感知，以此來獲取更加深刻的認(rèn)識。建設(shè)性指的是通過虛擬現(xiàn)實(shí)，給使用者提供激發(fā)想象。在很早之前，人們通常利用定性運(yùn)算來從中獲取靈感，如今人們卻可以在定量與定性的綜合整體環(huán)境當(dāng)中獲取最為真實(shí)的感情認(rèn)知，以此來激發(fā)新意，提升學(xué)習(xí)效果[4]。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

1.VRML技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言主要以萬維網(wǎng)為基礎(chǔ)來進(jìn)行發(fā)展的。虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言技術(shù)所包含的互動性十分出色，這也是為什么選擇網(wǎng)絡(luò)展示來跟三維交互世界信息傳遞的主要原因。如此看來，與虛擬現(xiàn)實(shí)功能所相關(guān)的全部邏輯都會被放置VRML文件中，而使用者中也可以利用瀏覽器來同時實(shí)現(xiàn)多種虛擬現(xiàn)實(shí)功能功能。此外，瀏覽器中所包含的絕大部分功能都是使用本地平臺，因此VRML平臺也含有巨大的交互性、獨(dú)立性等各種有點(diǎn)，也正因?yàn)榇?，它可以?dú)立實(shí)現(xiàn)對虛擬環(huán)境的創(chuàng)作[5-6]。

2.Java3D技術(shù)

以Java2為基礎(chǔ)慢慢發(fā)展處Java3D技術(shù)，Java2語言其特性十分講解，語言系統(tǒng)也因此含有了面向?qū)ο笤O(shè)計的板塊，3d網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計得以實(shí)現(xiàn)，并且具備更為出色的應(yīng)用編程接口來支持對3d場景進(jìn)行控制、描繪。此技術(shù)在使用起來不僅操作簡單，而且所產(chǎn)生的形體可以重復(fù)，還可基于映射。色彩等單調(diào)，還可轉(zhuǎn)換為三維動畫、變形等類型的形體[7]。

3.QTVR技術(shù)

QuickTime Virtual Reality簡稱為QTVR，它首創(chuàng)于美國蘋果公司，是旗下Quicktime技術(shù)的優(yōu)化升級版本，是全新一代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境完全不依靠硬件設(shè)備以及附屬設(shè)備，在最為普通的計算機(jī)端就可以體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)。此技術(shù)主要利用圖像采集以及QTVR技術(shù)，將靜止的圖像組合至動態(tài)文件，塑造出三維空間以及三維物體所含的造型。在利用鼠標(biāo)來回操縱就可以實(shí)現(xiàn)對造型的全方位觀察。

四、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在化工教學(xué)中的應(yīng)用以及重要意義

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在化工教學(xué)中的應(yīng)用

如今的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中職教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種符合現(xiàn)代化發(fā)展的全新教學(xué)方式，在化工工藝以及化工機(jī)械專業(yè)課程中起到了十分關(guān)鍵的作用。它不但可以使學(xué)生體會到身臨其境的感覺，其教學(xué)效果也是傳統(tǒng)教學(xué)方式難以相比的，如化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及大型設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造等。學(xué)生還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來自行觀察，因此其教學(xué)效果十分突出，中職院?；瘜W(xué)教學(xué)過程中虛擬環(huán)境的構(gòu)造主要分為兩部分，虛擬裝置與虛擬設(shè)備。虛擬設(shè)備主要針對設(shè)備的結(jié)構(gòu)、形狀以及功能的詳細(xì)教學(xué)，而虛擬裝置主要針對復(fù)雜的芎生產(chǎn)過程中的教學(xué)[8-9]。本篇文章主要針對第一層次的模型建立來進(jìn)行詳細(xì)分析。虛擬設(shè)備在建立VRML模型期間，所使用的頂點(diǎn)以及面積偏少，因此建立時也比較簡單，具體建立流程如圖1所示。首先利用autoCAD來建立化工設(shè)備的三維模型，后利用3DMAX來給三維模型加上題圖以及光照效果，最后利用3DMAX的VPML輸出功能來傳輸VRML文件并上傳至Internet網(wǎng)上。此外，學(xué)生可利用已經(jīng)安裝VRML插件的瀏覽器來對化工所用的大型設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)觀察。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對化工教學(xué)的積極意義

（1）可為學(xué)生提供探索性學(xué)習(xí)環(huán)境

現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種體系非常完善且涉及范圍非常廣泛的技術(shù)，在此技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)中，使用者可以體會到身臨其境的感覺，并沉浸其中并脫離現(xiàn)實(shí)，自由且逼真的與虛擬中的環(huán)境進(jìn)行交互。而且此技術(shù)的還可讓虛擬化工設(shè)備以及顯示設(shè)備在計算機(jī)屏幕顯示上更加直觀，可以直接觀察整體仔細(xì)的制作過程。此外，大學(xué)生在進(jìn)行操作的過程也可自主的使用鼠標(biāo)來對虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備來進(jìn)行自由翻轉(zhuǎn)來進(jìn)行詳細(xì)觀察，不僅可以使學(xué)生觀察到現(xiàn)實(shí)設(shè)備的外部結(jié)構(gòu)，而且還可以走入內(nèi)部清楚直觀的去了解虛擬現(xiàn)實(shí)物體的內(nèi)部情況，此方式的實(shí)現(xiàn)是傳統(tǒng)教學(xué)方式無法實(shí)現(xiàn)的，同時打破了傳統(tǒng)現(xiàn)場訓(xùn)練的時間局限。此方式在課堂教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生來按照所觀到的現(xiàn)實(shí)情況，以此來開展現(xiàn)實(shí)與理論的交互學(xué)習(xí)，從而使知識點(diǎn)掌握得更加精準(zhǔn)，也可以最大限度地調(diào)動學(xué)生的主觀性，使學(xué)生對學(xué)習(xí)的激情得到大幅度的提升，其教學(xué)效果指定十分優(yōu)異[10]。

（2）可提供一種立體化教學(xué)手段

傳統(tǒng)化工專業(yè)在教學(xué)過程中在講述化工設(shè)備以及化工產(chǎn)品的構(gòu)成時，大多數(shù)只依靠課本材料中的個圖片以及漢字來進(jìn)行論述，并無法真實(shí)地看到大學(xué)化工設(shè)備的工作內(nèi)部以及化學(xué)品的組成結(jié)構(gòu)以及每個物質(zhì)之間的關(guān)系，因此教學(xué)效果并不理想。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以將化工實(shí)際所使用的設(shè)備以及化學(xué)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以非常直觀且真實(shí)的形態(tài)來展現(xiàn)至學(xué)生的眼前，把一個無法用圖像描述和文字利用此構(gòu)建出一個立體的三維空間，以非常清晰的形象展現(xiàn)在學(xué)生的眼簾，從而使課堂的有效性大大提升[11]。

（3）提供逼真操作環(huán)境

在此技術(shù)的幫襯下，使用者不但實(shí)時監(jiān)測虛擬裝置的內(nèi)部構(gòu)造以及外部足夠，還可以精準(zhǔn)的觀測到化工設(shè)備以及化工產(chǎn)品構(gòu)成時產(chǎn)生的氣溫、氣壓以及構(gòu)造等專業(yè)技術(shù)參數(shù)，并可通過虛擬裝置來對虛擬設(shè)備的參數(shù)不斷調(diào)整，其運(yùn)行結(jié)果可清楚掌握。

（4）安全可靠

在計算機(jī)屏幕中進(jìn)行化工設(shè)備生產(chǎn)化工產(chǎn)品的虛擬化作業(yè)，不但可以避開生產(chǎn)過程中的各種危險，而且還可以精準(zhǔn)模仿生產(chǎn)環(huán)境的各種不同參數(shù)，既保證了學(xué)生可以身臨其境的體驗(yàn)，而且安全性以及可靠性都有保障[12]。

（5）教育成本得到節(jié)省

虛擬裝置所構(gòu)建的虛擬環(huán)境不管是在結(jié)構(gòu)、造型、形態(tài)以及色彩上都與實(shí)際所使用的裝備都非常相似，預(yù)期花費(fèi)大量成本來建造真實(shí)設(shè)備。不如構(gòu)建虛擬裝置，而在在虛席環(huán)境下，可以有效減少實(shí)驗(yàn)裝置的損害以及材料成本等，且在實(shí)操過程中完全不需要擔(dān)心設(shè)備出現(xiàn)故障、氣候等各種問題的出現(xiàn)，因此教育成本也得到了有效減少。

結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓學(xué)生們清楚的了解現(xiàn)實(shí)化工成品所使用的制造設(shè)備、廠房布局以及管路設(shè)計等，并將抽象的理論知識以更加生動的方式傳遞至學(xué)生，從而使課堂氣氛變得更加活躍，教學(xué)效果也得到了大幅度提升，教育流程得到優(yōu)化、教學(xué)質(zhì)量得到了提升?？偠灾摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中職院?；瘜W(xué)教學(xué)中營造了突破地區(qū)以及時間束縛的開放性交學(xué)環(huán)境，對未來化工專業(yè)教學(xué)的改革起到了關(guān)鍵作用，為教育行業(yè)中的化學(xué)課程開展帶來了前所未有的提升。