三维虚拟教学实训基地建设技术探讨
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摘 要：在高职院校现代化教育教学的进程中，着眼学生理论与实践结合的能力的教学实训基地建设一直是其基础资源建设的重要组成部分，尤其是针对不同的专业人才培养如何建设示范性强、社会影响大、教学成果高产出的现代化实训基地是高职院校发展亟待解决的问题。本文通过对当前三维虚拟现实技术进行研究和总结，探讨将当前三维虚拟现实技术应用于教学实训基地建设的方法和对未来三维虚拟教学实训基地建设进行技术上的展望。
关键词：三维虚拟教学 实训基地 构建方法
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（b）-0223-02
高校实训基地作为在校学生技能培养和技能创新的摇篮，在学校建设中举足轻重。近年来，各高校从政策支持、资金投入及建设模式等方面积极规划，力争建设行业领先、国内一流的实训基地。然而，在建设过程中发现，一些专业，尤其是新兴专业人才培养的硬件设备采购和硬软件的更新速度所需的建设资金远远超过实训基地的建设预算资金，这就严重限制了高校实训基地的建设规模和推进速度。三维虚拟技术的引入，对有限资金投入、技能型强和技术设备更新较快的专业实训基地建设有着十分重要的现实意义。
1 三维虚拟现实技术相关概念
三维虚拟现实技术由于它完全符合人类获取外界信息的生理因素，即人类习惯于先通过视觉效果来对信息进行直观获取，已成为当前计算机技术和信息技术发展的一个热门研究方向。该技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中的技术。在三维虚拟环境中，用户可以完成漫游、量测、查询和分析等交互操作，目前已广泛应用于教育、医疗、交通、机械制造、城市规划以及三维视景等行业。
2 三维虚拟技术
目前三维虚拟现实技术作为一种集成技术，在根据其应用特征可以分为：
（1）桌面虚拟现实技术。
该类型虚拟现实技术主要通过计算机或工作站进行三维场景仿真或建模，完成三维虚拟现实环境的构建，并通过计算机屏幕或投影的方式给参与者一个感知的三维窗口。同时通过外部输入设备，如鼠标、操纵杆和3D立体眼镜等实现与虚拟现实世界的充分交互。该三维虚拟技术在参与者与虚拟环境间的交互过程只是通过屏幕或投影观察360度范围内的虚拟境界，并操纵其中的物体，参与者容易受到周围现实环境的干扰，缺少沉浸感与现实体验。但是该技术的配置成本相对较低且易实现，因此在各行业应用比较广泛。
（2）沉浸型虚拟现实技术。
沉浸型虚拟现实技术是一种高级虚拟现实系统，能给参与者提供一种置身于虚拟境界之中的感觉和完全沉浸的体验。该技术通过对外部输入设备与三维场景进行人工美学设计与集成，如头盔式显示器，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，并利用传感器产品，如位置跟踪器、數据手套等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。利用这一技术能模仿许多高成本的、危险的真实环境用于实验数据采集与分析。其主要应用在较大型项目解决方案，如虚拟教育、数据和模型的可视化、军事仿真训练、工程设计、城市规划等方面。
（3）增强型虚拟现实技术。
该技术是指利用计算机产生的虚拟信息对用户所观察的真实环境进行融合，真实环境和虚拟物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在，拓展和增强用户对周围世界的感知的一种虚拟现实技术。该技术区别于传统的虚拟现实技术，传统虚拟现实技术强调将用户的感官与现实世界绝缘而沉浸在一个完全由计算机所控制的信息空间之中，而增强型虚拟现实技术则强调将计算机产生的虚拟环境信息与真实环境融为一体，从而增强用户对真实环境的理解。其目前主要应用侧重于辅助教学与培训、医疗研究与解剖训练、军事侦察及作战指挥、精密仪器制造和维修、远程机器人控制、娱乐等领域。
（4）分布式虚拟现实技术。
分布式虚拟现实技术是单用户虚拟现实技术发展的网络化、多用户化。较单个用户在虚拟环境中的漫游、与虚拟环境及其中的物体进行交互，该技术旨在将不同的局部虚拟环境通过空间关联以构造大范围的虚拟环境，多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参与到该虚拟环境中来，共同体验虚拟经历，共同对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作和共享信息的目的。当前分布式虚拟现实技术在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。
3 三维虚拟教学实训基地的构建方法
本文通过对三维虚拟现实技术进行总结与分析，结合专业教学实训基地功能需求，在虚拟教学实训基地的构建方法上进行了以下几方面的总结。
（1）三维虚拟教学实训基地建设必须进行系统设计。
专业实训基地的建设必须进行系统设计，确定实训基地项目功能主题，紧扣主题进行项目分类，确定实训基地整体建设方案和实训基地具体实训项目与三维虚拟现实技术的结合点和创新点，解决项目实训基地“为什么需要引入三维虚拟现实技术”，“引入新技术较传统实现方式的优势在哪里”等焦点问题。
（2）三维虚拟教学实训基地虚拟现实技术平台的确定
三维虚拟教学实训基地系统设计完成后，根据建设方案，根据实训基地教学功能进行三维虚拟现实技术平台的比选。比选的主要因素应该是实训室功能主题、实训基地现有硬软件条件、实训基地布局、实训基地建设的前瞻性、实训基地实训项目的操作性与效果和技术平台的性价比等，尤其是实训项目功能的三维虚拟互动操作性。总之，根据实训基地建设要求，选择合适的技术平台十分关键。
（3）三维虚拟教学实训基地虚拟教学资源的模块化设计。
基于三维虚拟技术进行实训基地建设，最终目的是为了更好地提高实训教学效果，让一些传统实训教学无法实现或实现起来较困难的实训项目通过虚拟现实技术展现或者交互操作来实现。在虚拟教学实训基地中，应该对每一个实训项目进行教学资源，如教学设计、教学条件和虚拟教学所需数据模型等进行模块化设计，让每一个实训项目成为一个成功的实训案例。
4 三维虚拟教学实训基地展望
三维虚拟现实技术在教育教学领域，尤其是在三维虚拟教学实训基地建设方面的应用在将来肯定是大有可为的。三维虚拟教学实训基地的建设，不仅能满足传统实训教学项目实践要求，而且在传统实训基地不能进行实践的项目上提供了可行性。同时也解决了高职院校实训基地在建设周期中面临的因技术变革或岗位技能变化而造成的一投入就落后现场的建设难题，避免造成建设资金浪费和硬件的重复建设。
参考文献
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