时间：2022-08-23 08:11:06
摘要：本文采用研发者与开发者双角度，提出针对机械制造类虚拟仿真实训平台撰写脚本的建议。通过虚拟仿真软件开发流程和技术特点，让专业教师明确脚本撰写的内容和描述方式，更有效的提供虚拟仿真平台开发前期的素材。最终达到缩减专业教师期望软件功能与实际软件功能之间偏差的作用。
关键词：虚拟仿真；软件开发；脚本编写
中图分类号：G718.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）09-0233-02
背景：职业教育近年来投入信息化软件制作的成本较大，各校开发的专业软件逐年增多，但依然存在开发学校的教师针对项目研发中脚本的编写、软件的功能需求、考评的设定等环节存在很多疑惑。导致与研发单位联合开发的软件不理想或应用不顺畅。本文重点针对开发机械制造类虚拟仿真平台流程特点、模块脚本撰写注意事项、软件功能开发思路三部分内容进行阐述。
一、虚拟仿真平台流程特点
开发应用软件特点：按照虚拟仿真平台构建流程的先后顺序，开发过程中需应用的软件有：FLASH、PHTOTSHOP、3DMAX、Deep UV、V-ray、Unity3D等。每个软件对应一名技术人员，当脚本没有分类而是统一编写时，每个技术人员将读取全部脚本，然后提炼出自己工作范围所需要的内容。
1.Flash：可以绘制2D图文，图文以矢量方式存在，软件可以制作2D动画。Flash被大家所熟知，在虚拟仿真平台中主要用于制作主界面、各类2D按钮、提示信息。脚本需给出主界面布局意见及色彩偏好，对于功能按钮应明确指出行业习惯。
2.PHTOTSHOP：对网络素材、照片、纹理图片进行剪裁、叠加等处理，并修改渲染后的图片，从新生成光影、纹理、全景贴图。脚本需提供设备正体照片，各局部细节应看到纹理。
3.3DMAX：模型制作软件，通过实际物体样式，安照比例绘制其虚拟实体，并按照用户可见性进行模型优化。脚本需说明交互机构主体部分，并提供相应机构运动视频。
4.Deep UV：图形UV优化软件，一般由3DMAX制作人员使用，可将贴图占用空间合理分配，使高清和普清区分。例如车床的摇臂上标有刻度，为让刻度清晰，则刻度贴图UV分配较多即可。脚本需提供教学内容，方便制作者明确用户可见范围而规划UV分布。
5.V-ray：光影渲染效果。渲染贴图效果，渲染越好真实度越高。脚本需对软件视觉效果提出要求。
6.Unity3D：交互编程引擎。将上述前5个步骤制作的2D和3D素材导入到该引擎，进行交互程序的编写，制作Unity3D交互程序之前，必须完成上述前5步。脚本需对软件功能提出要求，说明交互动作及是否存在特效。
二、模块脚本撰写注意事项
1.软件虚拟环境的要求。虚拟环境脚本对应的是教学中情景教学部分，其中隐含有厂级、车间级的入厂安全教育，工作岗位的6S管理，生产车间的工艺框架，企业文化等素材。
如环境中，变电箱位置安装在车间大门旁，车间中普通车床、铣床、磨床、吊车、锯床、仓储柜、工作台摆放位置的合理性，车间墙体展板画展示的工艺内容和宣传内容。有吊车的车间需要合理规划黄色安全行走路线，车间通风设施安装位置等，这些虚拟环境脚本在拍摄完参考企业照片后要先过滤一次，避免企业因保证生产效率而出现的事故隐患，这些隐患软件制作者看不出。
2.软件主体模型要求。主体模型包括仪器固定结构模型、运动部分模型、拆装部分模型、交互部分模型。
因为模型及模型贴图占计算机运行空间的较大，尤其在软件是网络版，软件模块较大时，同时有多名学生运行时很卡，所以软件开发者都会对模型进行优化，优化的依据是模型在软件中的地位。固定结构模型因常作为背景或次要目标出现，所以模型采用简化方式构建，贴图像素低，主要应用于设备底部或背面，并且该部件在软件中不存在运动。运动部分模型因在软件中存在位移，所以周边模型贴图不能省略，制作时要使用动态阴影指令对其进行物理属性的设定。拆装部分模型则需要细化，例如拆装中齿轮键槽互相之间要有卡位，用户观察这部分时通常会放大，所以贴图要高清，模型节点要多，卡位时可以通过节点触碰进行判断。交互部分模型依据脚本编写可能需要做成多模型、多贴图来对应一个机构模型，甚至复杂的交互程序需要进行节点移动变形，即数据模型。
3.评价用关键参数点。考核评价是虚拟仿真软件的一个核心部分，但由于脚本提供者给予的素材太少，导致没法满足考评要求，甚至出现错误考评。虚拟仿真开发课程系统中，考评基本分为三种类型进行判断打分。第一种情况为单一条件判断，第二种为复合条件判断，最后一种为行为结果判定。
单一判断例如我们的考试卷，无论是单选、多选、填空、答案是指定的，唯一的，即满足该条件则视为完成或正确。在实际例子中如开机后首先让机床回零参考点，如果操作者不先回零则可以视为操作错误。多选也在此范围内，即满足两个或多个参数条件后即视为正确，否则为错误。
复合条件判断，即考评问题与答案都不是唯一的，例如车床加工某阶梯轴零件，考生A操作虚拟车床先切割了端面然后开始切割外圆，考生B先切割了外圆再加工端面，这两种工艺顺序无法判定考生B就是错误的。另外如考生选择刀具加工参数，不能因为选择的刀具已经确认，就判定该刀具的加工参数值，还要依靠所加工工件材质、图纸尺寸、装夹方式等进行判断。这些判断条件在作者接触过的脚本中很少有教师提供完全，因为包含种类较多，内容复杂。经研讨后，建议将这类复合条件判定进行参数数据统计，与操作流程绘制成为一张表格，让老师浏览后人为的判定成绩。
行为结果判定通常应用在全国技能大赛中，即操作过程考核忽略，最终结果考评为主。如虚拟仿真数控车床加工完成的工件作品，考评时直接将考试作品提交到检测中心，对虚拟模型尺寸进行检测，依据检查结果给予成绩。
三种考评方式可以结合使用，也可以重点突出一项，但需要专业教师将考评方式在脚本中作以说明。
三、软件功能开发
软件功能即软件的表现形式。软件功能需求是决定虚拟仿真软件对实训操作仿真程度的关键。但很多软件制作者由于缺乏专业技能和知识，开发出的功能单一甚至不符合实际。这就需要相关专业教师的配合。
软件功能需求主要从以下几个主要环节进行考虑：引导模式构建，理论知识可视化，交互过程属性化、考评功能与提示。
1.引导模式构建。教师需要思考的是在学生无人指导的情况下，如何完成课程主要内容的预习，这里软件的操作会由制作者提供操作手册和操作教学模式来引导学生，所以教师仅需要考虑的是传授知识部分的表现形式。
通常采用的引导模式有，鼠标移动到机械部件处时，自动弹出该部件名称，在显示名称时点击左键将弹出语音和文字的详细注解，鼠标右键点击该部件时，计算机自动将该部分进行拆解，并可以实现360度观察。软件边角可制作小地图用来指示人物位置，当前需要学习的教学目标会进行闪烁或有明显标示。
2.理论知识可视化。理论知识表现形式，例如常见的透视法。在制作万用表测量理论时，使用虚拟电波代表电路移动，实现虚拟物与图表同时构建的方法讲授理论知识。虚拟电波从正电极进入后，每经过一个元器件时，虚拟器件会进行闪烁并变换颜色，二维图表中的仪器符号也会闪烁并变成相同颜色，出现电路分流时，电波变为深蓝和浅蓝不同颜色，并沿着并联电路移动，二维图表电路图也同时变色移动，万用表表外盖透明化，学生可以直观观察到表的内部。故障和事故的演示方法也可以采用同样表现手法。
3.交互过程属性化。交互过程的表现形式多种多样，属性化后的交互操作更接近于真实现场操作。提高操作乐趣可以表现在两个方面，一是通过硬件设备来提高操作真实度，例如三维虚拟全息成像头盔、立体手套等。二是通过基础操作设备仿真实际操作动作，由于匹配专用的操作手柄在实际应用中对手柄进行维修维护很不方便，很多学校在给学生实习时依然采用常见的鼠标键盘组合。普通的设备按钮操作可以用鼠标点击或键盘按钮点击就可以表现出很好的模仿度，但是手柄和摇杆、以及搬运时的交互控制属性就要好好设计了。因为普通的鼠标仅能是鼠标中间提供正负轴的敏感度这个参数值，而不会依据手掌的握力大小提供参数值，以达到控制效果。而虚拟仿真软件却可以判断出鼠标移动速度大小，也可以判断手柄轴偏置数值的大小，合理设计操作方式，让学生告别“点击时代”，提高实际机床的操作熟练度。
4.考评功能与提示。提示信息的表现方式多种多样，可以直接采用文字告知的提示方式，也可以隐含的通过设备运转声音的异常提示操作者，可以用火花等视觉效果提示操作者。有时设计出现提示信息与真实情况不统一，是教师为方便学生学习而虚拟加入的元素。所以需要做出注解说明。
考评功能要依靠课程的教学大纲进行有归纳的设计，考评方式可以单独拿出一个模块进行考试，考评结果一般采用列表的形式在学生提交作品或完成项目任务后出现，让学生看清楚考评内容和自己的操作结果。当然也可以在考试中出现扣分条，在设计考评环节时应多考虑以竞赛形式提交作品，学生比较喜爱竞赛得分。
四、总结
软件脚本应按照内容分类。例如给模型制作者提供模型脚本、给交互制作者提供功能脚本。不分类的脚本很容易导致本末倒置。软件模块脚本应对专业部分进行详细描述。例如项目研发是数控车床的故障维修，因习惯性将脚本内容写为如何检测，导致开发软件重检测轻维修。软件功能脚本给出目标效果。例如拆装时，要求制作动态拆装过程，操作者必须在选择正确工具、给出正确旋转方向、合适拆装力度三个必要条件时，方可触发拆装交互。如不做功能说明，制作者常采用“点击”即播放拆装动画的方式完成交互，这样大大降低了虚拟仿真软件的交互性。
参考文献：
[1]蒋耘晨.虚拟现实技术[M].北京理工大学出版社，2011：31.
[2]孙伟.虚拟实验室的建设与研究现状[J].科技信息，2008，（33）：76.