虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境設計

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摘要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術也逐漸被大眾所熟知，并進而走進我們的生活，它為用戶提供的超越傳統(tǒng)感官的沉浸式體驗，吸引了越來越多的人去挖掘其在現(xiàn)實生活中的其他應用。文章基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境建設的實踐經驗，結合動漫設計與制作專業(yè)，主要從虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的整體設計、實現(xiàn)方法、教學應用和發(fā)展前景四個方面進行了詳細闡述，為開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的同仁提供某些實操性的借鑒。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術；仿真教學環(huán)境；交互設計

0引言

高等職業(yè)教育與普通高等教育不同，其主要目標是培養(yǎng)具有某一職業(yè)或職業(yè)群具有較強實際工作能力的高技能人才。使學生畢業(yè)即能勝任某一崗位，成為企業(yè)需要的合格職業(yè)人，一直是職業(yè)教育追求的目標?；谔摂M現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境則為學生提供了在學校真實感受企業(yè)環(huán)境、體驗企業(yè)工作的實踐條件，這樣在某種程度上則促進了學生盡快從學生角色到員工角色的轉變。

1基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境設計

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）技術是仿真技術的一個重要方向，它是利用計算機創(chuàng)建一個虛擬的環(huán)境空間，然后通過頭盔、觸感裝置、體感設備、立體聲設備等，為用戶提供虛擬空間視覺、聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，通過人體行為動作，如轉頭、手勢等，與虛擬環(huán)境進行交互，通過計算機處理將響應反饋給用戶，從而為用戶營造出完全置身于虛擬環(huán)境中的沉浸式真實體驗?；谔摂M現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境設計正是利用虛擬現(xiàn)實特有的真實體驗為學生提供了基于企業(yè)崗位工作的真實體驗。仿真教學環(huán)境可以包括企業(yè)環(huán)境空間、企業(yè)文化、按崗位及工作流程創(chuàng)建的工作空間、崗位工作任務展示體驗館、企業(yè)項目展示館、企業(yè)項目實操館、智能交互體驗館等。學生從仿真教學環(huán)境入口進入，首先感受到的是企業(yè)文化。企業(yè)文化建設要深刻體現(xiàn)企業(yè)精神文化、制度文化、行為文化、品牌文化等，使學生能感受到企業(yè)特有的文化氛圍。然后映入眼簾的是企業(yè)環(huán)境空間布局顯示屏，通過顯示屏可以了解企業(yè)環(huán)境空間的布局，單擊即可進入相應空間。整個工作空間按照企業(yè)工作流程進行設計，分為展示與體驗館區(qū)、實操館區(qū)和特色館區(qū)。特色館區(qū)展示企業(yè)成功項目等，使學生學習完本專業(yè)知識后對自己的就業(yè)方向有了清晰的認知，從而進一步找到努力方向和奮斗目標。工作任務展示與體驗館區(qū)則重在了解每個崗位的工作任務、需要具備的專業(yè)知識和專業(yè)技能；工作任務實操館區(qū)將虛擬空間與實際工作空間相結合，通過企業(yè)項目實操，使學生進入企業(yè)員工角色，領取工作任務上崗工作。通過基于虛擬現(xiàn)實技術仿真教學的使用，縮短了從學生到員工角色轉變的進程。

2基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的實現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有多感知性、沉浸性、交互性和構想性四個特征。多感知性是指除視覺感知外的聽覺、觸覺、運動，甚至味覺、嗅覺等感知；沉浸性又稱臨場感，是指用戶在模擬環(huán)境中的真實程度；交互性是指用戶與模擬環(huán)境內物體間的互動及得到的反饋；構想性強調廣闊的可想象空間，不僅可以再現(xiàn)真實的環(huán)境，還可以構建客觀不存在的虛擬環(huán)境空間。

2.1基于虛擬現(xiàn)實技術仿真教學環(huán)境的構建

以動漫設計與制作專業(yè)仿真教學環(huán)境實現(xiàn)為例，主要使用3dsMax軟件實現(xiàn)環(huán)境模型的創(chuàng)建，為了在系統(tǒng)運行和交互中得到實時、流暢的應用體驗，在建模中要注意控制模型的個數(shù)、面數(shù)和貼圖的數(shù)量。虛擬現(xiàn)實的建模方式和游戲的建模方式有很大的相似性，在建模中，首先要盡量制作簡模，因為虛擬現(xiàn)實中運行的每一幀畫面都是由顯卡和CPU實時計算出來的，倘若面數(shù)過多，會使運行速度變得很慢。其次模型的三角面盡量要是等邊三角形，不要出現(xiàn)長條面，同時模型的面與面之間要保持一定的距離。因為長條面不利于實時渲染，容易出現(xiàn)鋸齒和紋理模糊等現(xiàn)象，而模型的面與面之間距離過近，會出現(xiàn)兩個面交替閃爍的現(xiàn)象。第三，模型的數(shù)量不要太多，否則會增加烘焙物體的數(shù)量和時間，降低運行速度。另外，要盡量均勻分布模型，刪除模型中不可見的面，以便提高場景的運行速度。

2.2基于虛擬現(xiàn)實技術仿真教學環(huán)境交互功能的實現(xiàn)

基于虛擬現(xiàn)實技術仿真教學環(huán)境交互功能的實現(xiàn)需要從用戶體驗、使用的交互設備和使用的開發(fā)工具三個方面著手。（1）用戶體驗因素是指在交互實現(xiàn)時要考慮到用戶體驗的生理舒適度和環(huán)境舒適度。例如：在設計用戶運動、視角變化等時要保持運動的平穩(wěn)性，避免產生眩暈感等產生生理不適感。設計交互方式時應遵循人與現(xiàn)實環(huán)境互動規(guī)律，增強用戶在虛擬環(huán)境中的沉浸感和真實感。（2）使用的交互設備是指仿真教學環(huán)境最終是在基于手機的頭戴式VR設備上，還是HTCHive與OculusRift這類高端VR設備上，不同VR設備使用的輸入方式不同、交互方式不同，實現(xiàn)使用的開發(fā)工具亦不相同，所以需要根據學校實訓條件，采用相應的設計實現(xiàn)方法。（3）使用的開發(fā)工具，以動漫設計與制作專業(yè)仿真教學環(huán)境實現(xiàn)為例，選擇使用了Unity游戲引擎。因為Unity社區(qū)成熟，資源商店的資源豐富，且具有優(yōu)秀的跨平臺能力，內容可以部署到各類系統(tǒng)中。將仿真教學環(huán)境與現(xiàn)實實訓室相結合，將現(xiàn)實中受經費、場地等條件限制無法實現(xiàn)的部分可以利用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)，將虛擬環(huán)境中的實操館與現(xiàn)實條件中的實訓室相結合，使虛擬環(huán)境與實際教學環(huán)境相互支撐，讓虛擬環(huán)境照進現(xiàn)實，讓現(xiàn)實環(huán)境映射到虛擬環(huán)境空間，使學生真正感受沉浸式的教學實訓體驗，從而激發(fā)學生學習動力，提升教學質量。

3基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的應用

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標決定了高等職業(yè)教育即培養(yǎng)與職業(yè)崗位對接的職業(yè)人，基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境在教學中的應用大大促進了學生向員工的轉化。其沉浸式的超現(xiàn)實的真實體驗，為實訓教學帶來了一場前所未有的顛覆性式變革，基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境營造的企業(yè)環(huán)境，使仿真企業(yè)實踐真正走進教學。以高職動漫設計與制作專業(yè)基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的應用為例，在《專業(yè)認識實習》課程中，由于《專業(yè)認識實習》課程目的是為了使學生對動漫企業(yè)的崗位、每個崗位的工作任務、需要的知識與技能等有個全面的了解，基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境可以使學生在學校即能達到對企業(yè)的全面認知。在整個專業(yè)學習階段，每進入一個新課程，面向一個新崗位，學生可以隨時反復加深認知，并與專業(yè)學習聯(lián)系到一起，在不斷學習-認知-應用反復實踐中，使學生自然而然找到學習方向，進一步明確職業(yè)定位，潛移默化、不斷深化的實現(xiàn)從學生角色到員工的轉變?；谔摂M現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的應用伴隨在學生整個專業(yè)學習階段，其利用率高，環(huán)境維護與升級相對更加靈活。

4基于虛擬現(xiàn)實技術的仿真教學環(huán)境的發(fā)展前景

VR虛擬現(xiàn)實技術是利用計算機生成的模擬環(huán)境，所以用虛擬現(xiàn)實技術生成的場景和人物都是虛擬的，VR最大的突破是全新的“渲染感”，它強調的是體驗者的“臨場感”。AR增強現(xiàn)實技術是利用計算機技術將虛擬的信息應用到真實世界中，使虛擬的物體與真實的環(huán)境實時疊加到同一個畫面或空間，實現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實的結合。MR混合現(xiàn)實技術是合并虛擬世界和現(xiàn)實而產生的新的可視化環(huán)境，MR是虛擬世界、真實世界、數(shù)字化信息的結合體。VR、AR、MR技術的快速發(fā)展和交織前行，為仿真教學環(huán)境設計與應用提供了更廣闊的發(fā)展空間，它也必將為用戶提供更多超乎想象、超越傳統(tǒng)感觀的全新應用。

參考文獻：

[1]王宇琛，黃蓋先，艾鴻.基于虛擬現(xiàn)實技術的3D智慧校園設計與實現(xiàn)[J].智能計算機與應用，2015，5（2）：89-92.

[2]劉明.基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬校園系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].中國新通信，2017，19（22）：61-62.

作者：祝海英 單位：長春職業(yè)技術學院 信息技術分院