三维仿真技术在工科教学中的应用

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1、三维仿真技术在工科教学中的应用摘要：在时代的背景下，传统的工科教学模式已经不再充分适应社会的对工科类人才的需求。改革工科院校的授课方式至关重要，结合计算机的特点，运用三维仿真技术，将课堂与实际情况相结合。融合虚拟现实技术，用三维仿真技术可视化特点阐述问题，使学生对抽象概念有更加具体的理解。从而起到提升教学效果、培养学生学习兴趣、强化学生动手实践能力，切实落实国家人才培养战略方针，以培养出适应时代、社会、科技发展但需要的杰出人才。关键词：工科院校；三维仿真技术；虚拟现实技术；教学应用1.引言随着时代的进步，科

2、技的要求。工业生产及其制造业愈发显得重要。伴随着德国工业4.0的提出，所谓的第四次工业革命已经蓄势待发。为了时代的需求，世界各国相继推出了工业改革计划与发案，共同推动世界工业化的再一次升级。这不仅是时代的挑战与机遇，也是国家的挑战机遇。在工业4.0的背景下，工科院校在人才培养方面显得极其重要。这不仅是国内工科院校的机遇更是挑战；社会对工科类人才的要求，不仅仅在理论知识方面，更重要是能掌握先进技术，拥有实际操作能力及工程经验。工科教学要以实践为基础，培养其动手能力［3］;首先优化教学方式，根据学校的实际情况，

3、将三维仿真技术运用到实际教学中，改善传统的教学方式，使学生从课堂上获得实际的操作能力，如同在工厂一般，不仅是理论知识的获得，更是实际能力获得，充分体现工科学生的最基本素质：主动思维判断与综合分析能力、解决实际问题的能力、工程设计能力、创新与创造能力、复合能力［4］。通过三维仿真技术将实际的模型、设计、实验等实际场景与效果展示给学生，从而真正的实现解放课堂，优化课堂，培养出真正的工科类的杰出人才。1.三维仿真技术的发展现状2.1.国外自从1962年，Morton?Heilig发明实感全景仿真机以来，三维仿真技

4、术便在美国、欧洲、日本等一些国家和地区迅速开展起来。随着科技的进步，时代的发展，三维仿真技术与虚拟现实技术越来越受到世界各国的关注，以三个I为代表，即Immersion（沉浸感）、Interaction（交互性一）、Imagination（思维构想性），作为三维仿真技术与虚拟现实技术最本质的特点，在发展的过程中融入了其它相关的先进技术。近些年，三维仿真技术结合虚拟现实技术在世界各国普遍应用，不仅在军事、航空航天、地理地形、工业领域［1］，更在生活、交通、教学研究、旅游等领域普遍运用起来；如英国路虎汽车采用人

5、性化的仿真虚拟技术向客户提供模拟车型体验；美国先灵葆雅公司生产的抗过敏药开瑞坦在广告中将三维虚拟技术应用于广告人物形象等。与此同时，众多世界名校也运用三维仿真技术与虚拟现实技术，开展教学与科技研究，如：美国北卡罗来纳大学(UNC)、麻省理工学院(MIT)、华盛顿大学、乔治梅森大学；日本奈良尖端技术研究生院大学、东京大学等世界名校早已在上个世纪就开始了相关方面的技术研究。几十年的发:使美国、德国、英国、日本等一些发达国家，在这个领域已走在世界前列，并迅速融合到生活的各个方面。不仅使国家经济有所提升，更从科技及

6、教学等众多方面有了极大的突破。2.2.国内随着国际间的竞争日益激烈，国家对科技的重视更加重视，国内部分研究机构开始发展中国的三维虚拟仿真技术。由于国情的原因，中国在这方面的技术与世界的发展水平有一定的差距［1］，但近些年的努力使我国在三维虚拟仿真技术也取得了一些相应的成就，建立以一些科技研究机构，将三维虚拟仿真技术运用到工业设计与科学教研工作中。逐步走进其它领域：比如教学课堂，将三维虚拟仿真技术与理论教学只是相结合，进一步提升教学的质量。尤其一些工科类的大学，根据学校的具体情况与实际能力，制定相关的工作计划

7、，融入教学工作与研究中例如：北京航空航天大学的计算机系根据自身特点，实现了分布式三维虚拟环境网络设计，可以创造实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、适用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台；浙江大学CAD&CG国家重点实验室研发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统；清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究；一些相关高校取得了很大的成果，但在国内众多学校中还未广泛运用。传统的教学体系依旧存在于很多高校中。1.教学中的应用随着科技的进步，技术的竞争，工科院校传统的教学方式已

8、经不满足现代化工业对人才的要求，培养高素质的工科类学生是学校的目标，也是当代工科院校的责任与义务。传统课堂以老师讲授为主，教授理论知识［2］，由于教学设备的不足、学生众多、实践地点不足、实验室不足等一些问题制约之教学，使学生实际操作能力不足［3］，直接影响学生的创新与工程设计能力。利用计算机作为基本工具，将三维仿真技术运用到实际教学工作中，把抽象的概念与模型用电脑展示给学生，直观感受与真实的效果。将实践课程运用三