虚拟现实技术在数控切割实习教学中的应用

【摘 要】本文介绍了虚拟现实技术的基本概念、分类及特点，论述了虚拟现实技术在教育教学，尤其是数控切割实习教学中的应用，从而丰富了数控切割实习教学与培训的方法和手段，提高了数控切割实习教学的效果和质量。

【关键词】虚拟现实技术；数控切割实习教学；教育教学

随着计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术已经从前沿的航天、军事领域开始进入教育领域，并涉及高等教育的各个学科。虚拟现实技术的出现，为人际交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模数据可视化提供了新的描述方法。在教育领域，利用计算机来模仿真实的数控设备工作环境并将其应用于数控切割实习教学上，将对整个教学过程产生深远的影响。

一、虚拟现实技术概述

虚拟现实技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术、生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。

虚拟现实技术的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且允许用户看到真实世界，还可以看到叠加在真实世界之上的虚拟对象，增强现实丰富了用户对真实世界的感知和人―机交互操作。该技术主要是将真实世界和虚拟世界在三维空间上进行整合，使二者融为一体，具有实时人―机交互功能。

二、虚拟现实技术在教学中的应用

2.1数控切割实习理论学习

在传统的教学中，学生只有通过在书本上看到各种教学仪器设备的平面图形，平面图形限制了学生空间想象能力，实际现场教学又增加了学校的投入。采用虚拟现实技术，我们可以建立一个与实物同样的三维物体，如采用Pro/E建模，将各种教学仪器，设别和产品进行实务虚化，并将这些物体以立体形式存放在虚拟教室中。学生利用虚拟现实系统学习各种知识，再现实际生活中无法观察到的自然现象或事物的变化过程，为学生提供生动，逼真的感性学习材料。例如，在学习数控切割理论时，通过虚拟现实系统，将学生带到切割现场去感观认识切割机的工作过程，向学生展示切割过程中的程序运行的注意点，通过虚拟演示，让学生观察套料软件的应用以及具体的实际应用。

2.2探索学习

教学中，许多设备由于受各种条件的限制而无法普及，如果利用虚拟现实技术，建立虚拟实验室，学生便可以走进这个虚拟实验室，身临其境般的操作虚拟仪器。虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设条件进行模拟，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。

2.3技能训练

虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练。例如在虚拟数控机器切割过程中，学生可以按照自己的假设，改变切割参数，切割顺序，观察总结实际切割的产品和理论产品之间的差异，从而培养了学生在实际工作中解决问题的能力。还可以在安全的环境中让学生学到知识，而且不会因操作失误而造成人身事故。

三、虚拟现实技术在教学中的优势

3.1建立数控切割仿真实习室

随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，出现了可以模拟实际数控切割机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统，这就是某一特定数控系统借助计算机软、硬件的功能，通过实习者控制计算机的演示，分析数控切割加工从零件设计图到动态切割过程实现的全过程。仿真机床操作的整个过程包括：系统软件编程，点火，调整参数，切割等内容。虚拟数控切割加工仿真教学系统完全模拟真实零件的加工过程，可以检验各种数控切割参数是否正确，能提供与真实机床完全相同的操作面板，其调试，编辑，修改功能都一应俱全。学生可以身临其境地操作数控加工设备，能有充分的机会去练习数控加工的常用操作，如基本运行方式的选择操作，参数补偿量的确定等。解决了初学数控技术者需要大量操作实习，提高了机床操作训练的时间。把数控加工仿真实习教学系统引入到教学中，这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的机床的损坏，又可以使操作人员对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。同时降低成本，彻底解决了设备不足的难题，让每位学生都有足够多的实践机会，从而使数控切割这门课程得到更好的学习效果

3.2建立数控切割理论课堂教学

利用虚拟现实技术进行教学不再局限于有形的教室空间，时间得到了无形的扩展，将进一步向虚拟课堂，虚拟大学发展。虚拟现实技术也将为搞笑设置分校和远程教育教学点提供可移动的教学场所，使资源由可以共享。远距离的继续教育及其急需的课程教学，还可以为社会提供新技术和高等职业培训的机会，促进全国教育水平的提高。例如数控切割实习操作，有学生需要巩固加深学习就可以通过远距离教育继续学习课程。

四、虚拟现实技术在教学中存在的问题及展望

可以预测，随着经济和技术的不断发展，虚拟现实技术将日益广泛地应用于教育教学领域。但目前的虚拟现实技术还存在一定的问题。主要表现在：

1、虚拟环境与现实生产的差异

2、虚拟现实的效果还有待加强

3、硬件环境还有待提高

4、实现成本问题还有待降低

综上所述如何将虚拟现实技术很好地运用于教学中目前是教育领域发展中的一个新热点。虚拟现实技术在教学中具有广阔的应用和发展前景。

参考文献：

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