基于虚拟现实技术的机械制图教学

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1、基于虚拟现实技术的机械制图教学摘要：随着新技术的迅猛发展，机械制图的教学在不断的革新。本文简介了虚拟现实技术，并将虚拟现实技术运用于机械制图的课堂教学中。采用虚拟现实技术进行机械制图教学有利于学生感知组合体的内外部结构、零件的工艺结构和装配结构等，有助于提高学生阅读和绘制二维工程图的能力。关键词：虚拟现实技术；机械制图教学；组合体内外部结构；零件的工艺结构；装配结构中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）09-0057-02一、引言随着新技术的迅猛发展，为培

2、养适应新形势的高级技能型人才，许多高等院校各学科的教学改革在如火如荼地进行着。《机械制图》课程是高等院校理工科学生必修的一门实践性较强的专业基础课，如何优化《机械制图》课程的教与学，是值得研究的重要课题[1]。近年来，始于军事和航空航天领域的虚拟现实技术，已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面，并且在许多领域中表现出了强劲的势头，越来越被各界所重视，具有广阔的应用前景[2]。本文将虚拟现实技术运用于机械制图教学中，这是教育领域应用信息技术的一种创新。81.虚拟现实技术简介。虚拟现实技

3、术也称灵境技术或人工环境，是一种以沉浸性、交互性和想象性为基本特征的，可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它综合利用实时三维计算机图形技术、广角立体显示技术、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术等一系列先进技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，可以及时地、没有限制地观察三维空间内的事物，获得对虚拟事物的感性和理性认识，让使

4、用者如同身临其境一般，从而深化概念和构建新的构思和创意，创建了一种以人为中心的多维信息空间[3]。2.虚拟现实技术的特点。虚拟现实技术以其基本的“3I”特征，特别是以人为中心的人机交互特征在国内外的各领域得到了广泛应用。“3I”即沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和想象（Imagination），这三个“I”反映了虚拟现实系统的关键特性，就是系统与人的充分交互，它强调人在虚拟现实环境中的主导作用[4]。8“沉浸性”使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，一切看上去

5、是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。“交互性”是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。“想象性”强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类的认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。3.虚拟现实制作常用软

6、件。虚拟现实制作常用的软件包有3DMax、Virtools、Quest3D、OpenGL等[4]。“3DMax”是集造型、渲染和制作动画于一身的三维制作软件。通过3Dmax软件能够制作出真实的立体场景与动画，是在个人PC机上最优秀的三维动画制作软件，受到了全世界无数三维动画制作爱好者的热情赞誉。“Virtools”是功能非常强大的游戏和虚拟现实开发工具，是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。“Quest3D”是一个容易且有效的实时3D建构工具，能在

7、实时编辑环境中与对象互动，轻松实现虚拟现实的效果。“OpenGL”是个专业的图形程序接口，是一个功能强大、调用方便的底层图形库，主要是用来读入标准3D模型，然后处理漫游等动画效果的。84.虚拟现实技术常用硬件配备。完备的虚拟现实系统需要配备许多硬件设备：如数据手套、数据衣、立体眼镜、传感器、头盔显示器、BOOM显示器和声学硬件等[4]。数据手套是最常见的输入装置。人机交互时，可以看到虚拟手随着真手在虚拟环境中活动，可进行物体的抓取、移动、装配、操纵和控制等。数据衣是一种穿在用户身上，把他的整个身

8、体中各个部位运动的数据输入到计算机的装置。立体眼镜以其简单的结构、轻巧的外形和便宜的价格成为目前最为流行和经济适用的虚拟现实观察设备。二、虚拟现实技术应用于机械制图教学由于学生缺乏空间想象力，在校接触零部件的机会不多，无专业工作经验，当他们在书本或课件中见到一些机器和零件的二维视图时，无法勾勒出物体的正确轮廓，感到学习枯燥没吸引力，因此，在机械制图教学中，首先要解决的是学生的感性认知问题。对此，我们可以在机械制图教学中引入虚拟现实技术。利用虚拟现实技术对机械制图中一些典型机构进行模型的创建，并采