虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

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摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也逐漸被大眾所熟知，并進(jìn)而走進(jìn)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(yàn)，吸引了越來(lái)越多的人去挖掘其在現(xiàn)實(shí)生活中的其他應(yīng)用。文章基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合動(dòng)漫設(shè)計(jì)與制作專業(yè)，主要從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的整體設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法、教學(xué)應(yīng)用和發(fā)展前景四個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為開(kāi)發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的同仁提供某些實(shí)操性的借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；仿真教學(xué)環(huán)境；交互設(shè)計(jì)

0引言

高等職業(yè)教育與普通高等教育不同，其主要目標(biāo)是培養(yǎng)具有某一職業(yè)或職業(yè)群具有較強(qiáng)實(shí)際工作能力的高技能人才。使學(xué)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(biāo)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境則為學(xué)生提供了在學(xué)校真實(shí)感受企業(yè)環(huán)境、體驗(yàn)企業(yè)工作的實(shí)踐條件，這樣在某種程度上則促進(jìn)了學(xué)生盡快從學(xué)生角色到員工角色的轉(zhuǎn)變。

1基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，它是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)虛擬的環(huán)境空間，然后通過(guò)頭盔、觸感裝置、體感設(shè)備、立體聲設(shè)備等，為用戶提供虛擬空間視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等感知，通過(guò)人體行為動(dòng)作，如轉(zhuǎn)頭、手勢(shì)等，與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理將響應(yīng)反饋給用戶，從而為用戶營(yíng)造出完全置身于虛擬環(huán)境中的沉浸式真實(shí)體驗(yàn)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)正是利用虛擬現(xiàn)實(shí)特有的真實(shí)體驗(yàn)為學(xué)生提供了基于企業(yè)崗位工作的真實(shí)體驗(yàn)。仿真教學(xué)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(wù)展示體驗(yàn)館、企業(yè)項(xiàng)目展示館、企業(yè)項(xiàng)目實(shí)操館、智能交互體驗(yàn)館等。學(xué)生從仿真教學(xué)環(huán)境入口進(jìn)入，首先感受到的是企業(yè)文化。企業(yè)文化建設(shè)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(xué)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(guò)顯示屏可以了解企業(yè)環(huán)境空間的布局，單擊即可進(jìn)入相應(yīng)空間。整個(gè)工作空間按照企業(yè)工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為展示與體驗(yàn)館區(qū)、實(shí)操館區(qū)和特色館區(qū)。特色館區(qū)展示企業(yè)成功項(xiàng)目等，使學(xué)生學(xué)習(xí)完本專業(yè)知識(shí)后對(duì)自己的就業(yè)方向有了清晰的認(rèn)知，從而進(jìn)一步找到努力方向和奮斗目標(biāo)。工作任務(wù)展示與體驗(yàn)館區(qū)則重在了解每個(gè)崗位的工作任務(wù)、需要具備的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能；工作任務(wù)實(shí)操館區(qū)將虛擬空間與實(shí)際工作空間相結(jié)合，通過(guò)企業(yè)項(xiàng)目實(shí)操，使學(xué)生進(jìn)入企業(yè)員工角色，領(lǐng)取工作任務(wù)上崗工作。通過(guò)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真教學(xué)的使用，縮短了從學(xué)生到員工角色轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。

2基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有多感知性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性四個(gè)特征。多感知性是指除視覺(jué)感知外的聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)，甚至味覺(jué)、嗅覺(jué)等感知；沉浸性又稱臨場(chǎng)感，是指用戶在模擬環(huán)境中的真實(shí)程度；交互性是指用戶與模擬環(huán)境內(nèi)物體間的互動(dòng)及得到的反饋；構(gòu)想性強(qiáng)調(diào)廣闊的可想象空間，不僅可以再現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境，還可以構(gòu)建客觀不存在的虛擬環(huán)境空間。

2.1基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建

以動(dòng)漫設(shè)計(jì)與制作專業(yè)仿真教學(xué)環(huán)境實(shí)現(xiàn)為例，主要使用3dsMax軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)境模型的創(chuàng)建，為了在系統(tǒng)運(yùn)行和交互中得到實(shí)時(shí)、流暢的應(yīng)用體驗(yàn)，在建模中要注意控制模型的個(gè)數(shù)、面數(shù)和貼圖的數(shù)量。虛擬現(xiàn)實(shí)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(jiǎn)模，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)中運(yùn)行的每一幀畫(huà)面都是由顯卡和CPU實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的，倘若面數(shù)過(guò)多，會(huì)使運(yùn)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(zhǎng)條面，同時(shí)模型的面與面之間要保持一定的距離。因?yàn)殚L(zhǎng)條面不利于實(shí)時(shí)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(guò)近，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)面交替閃爍的現(xiàn)象。第三，模型的數(shù)量不要太多，否則會(huì)增加烘焙物體的數(shù)量和時(shí)間，降低運(yùn)行速度。另外，要盡量均勻分布模型，刪除模型中不可見(jiàn)的面，以便提高場(chǎng)景的運(yùn)行速度。

2.2基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真教學(xué)環(huán)境交互功能的實(shí)現(xiàn)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仿真教學(xué)環(huán)境交互功能的實(shí)現(xiàn)需要從用戶體驗(yàn)、使用的交互設(shè)備和使用的開(kāi)發(fā)工具三個(gè)方面著手。（1）用戶體驗(yàn)因素是指在交互實(shí)現(xiàn)時(shí)要考慮到用戶體驗(yàn)的生理舒適度和環(huán)境舒適度。例如：在設(shè)計(jì)用戶運(yùn)動(dòng)、視角變化等時(shí)要保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，避免產(chǎn)生眩暈感等產(chǎn)生生理不適感。設(shè)計(jì)交互方式時(shí)應(yīng)遵循人與現(xiàn)實(shí)環(huán)境互動(dòng)規(guī)律，增強(qiáng)用戶在虛擬環(huán)境中的沉浸感和真實(shí)感。（2）使用的交互設(shè)備是指仿真教學(xué)環(huán)境最終是在基于手機(jī)的頭戴式VR設(shè)備上，還是HTCHive與OculusRift這類(lèi)高端VR設(shè)備上，不同VR設(shè)備使用的輸入方式不同、交互方式不同，實(shí)現(xiàn)使用的開(kāi)發(fā)工具亦不相同，所以需要根據(jù)學(xué)校實(shí)訓(xùn)條件，采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。（3）使用的開(kāi)發(fā)工具，以動(dòng)漫設(shè)計(jì)與制作專業(yè)仿真教學(xué)環(huán)境實(shí)現(xiàn)為例，選擇使用了Unity游戲引擎。因?yàn)閁nity社區(qū)成熟，資源商店的資源豐富，且具有優(yōu)秀的跨平臺(tái)能力，內(nèi)容可以部署到各類(lèi)系統(tǒng)中。將仿真教學(xué)環(huán)境與現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)室相結(jié)合，將現(xiàn)實(shí)中受經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地等條件限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的部分可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，將虛擬環(huán)境中的實(shí)操館與現(xiàn)實(shí)條件中的實(shí)訓(xùn)室相結(jié)合，使虛擬環(huán)境與實(shí)際教學(xué)環(huán)境相互支撐，讓虛擬環(huán)境照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，讓現(xiàn)實(shí)環(huán)境映射到虛擬環(huán)境空間，使學(xué)生真正感受沉浸式的教學(xué)實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，提升教學(xué)質(zhì)量。

3基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)決定了高等職業(yè)教育即培養(yǎng)與職業(yè)崗位對(duì)接的職業(yè)人，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境在教學(xué)中的應(yīng)用大大促進(jìn)了學(xué)生向員工的轉(zhuǎn)化。其沉浸式的超現(xiàn)實(shí)的真實(shí)體驗(yàn)，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)前所未有的顛覆性式變革，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境營(yíng)造的企業(yè)環(huán)境，使仿真企業(yè)實(shí)踐真正走進(jìn)教學(xué)。以高職動(dòng)漫設(shè)計(jì)與制作專業(yè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用為例，在《專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)》課程中，由于《專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)》課程目的是為了使學(xué)生對(duì)動(dòng)漫企業(yè)的崗位、每個(gè)崗位的工作任務(wù)、需要的知識(shí)與技能等有個(gè)全面的了解，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境可以使學(xué)生在學(xué)校即能達(dá)到對(duì)企業(yè)的全面認(rèn)知。在整個(gè)專業(yè)學(xué)習(xí)階段，每進(jìn)入一個(gè)新課程，面向一個(gè)新崗位，學(xué)生可以隨時(shí)反復(fù)加深認(rèn)知，并與專業(yè)學(xué)習(xí)聯(lián)系到一起，在不斷學(xué)習(xí)-認(rèn)知-應(yīng)用反復(fù)實(shí)踐中，使學(xué)生自然而然找到學(xué)習(xí)方向，進(jìn)一步明確職業(yè)定位，潛移默化、不斷深化的實(shí)現(xiàn)從學(xué)生角色到員工的轉(zhuǎn)變。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用伴隨在學(xué)生整個(gè)專業(yè)學(xué)習(xí)階段，其利用率高，環(huán)境維護(hù)與升級(jí)相對(duì)更加靈活。

4基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真教學(xué)環(huán)境的發(fā)展前景

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成的模擬環(huán)境，所以用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的場(chǎng)景和人物都是虛擬的，VR最大的突破是全新的“渲染感”，它強(qiáng)調(diào)的是體驗(yàn)者的“臨場(chǎng)感”。AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界中，使虛擬的物體與真實(shí)的環(huán)境實(shí)時(shí)疊加到同一個(gè)畫(huà)面或空間，實(shí)現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實(shí)的結(jié)合。MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是合并虛擬世界和現(xiàn)實(shí)而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境，MR是虛擬世界、真實(shí)世界、數(shù)字化信息的結(jié)合體。VR、AR、MR技術(shù)的快速發(fā)展和交織前行，為仿真教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)與應(yīng)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(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宇琛，黃蓋先，艾鴻.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的3D智慧校園設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2015，5（2）：89-92.

[2]劉明.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬校園系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)新通信，2017，19（22）：61-62.

作者：祝海英 單位：長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)分院