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VR 开发在教学中的应用论文

发布时间:2019-12-02 15:50:48 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:本文的研究对象是将虚拟现实技术融合到《传感器课程设计》教学中,利用软件IdeaVR的虚拟现实技术设计了一套传感器课程设计的教学方案,其中包括传感器三维模型的导入、观察和应用等功能,对如何加快学生了解传感器结构、原理和工作过程做了深入的探究。

关键词:虚拟现实(VR);位移传感器;课程设计

本文引用格式:张丹,等.VR开发在教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(18):127-129.

一引言

      传感器作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件已经成为各个应用领域,特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域[1]。而《传感器技术》是测控技术与仪器本科专业的核心的专业基础课,《传感器课程设计》开设的目的就是应用所掌握的传感器来解决实际生产、生活中遇到的问题。《传感器课程设计》可以有针对性的让学生学习研究传感器在机械结构、数字电路、模拟电路等知识。提高学生的动手和应用能力体现了课程设计的意义所在。

       在过去的传感器教学过程中会遇到很多教学问题[2-6],主要的如下:1)场地和器材的限制就不能保证每个学生都看的清楚明白。2)实验用的传感器大多价格不菲,拆开后传感器就有失效的可能,所以要想让学生了解内部结构就不太方便。3)学校采购的传感器会比较落后,不便于学生接受新的传感器技术。4)市面上某些设备价格昂贵,仅作为学生参观用造成价值浪费,学校购买的数量少。

       虚拟现实技术就是通过安装VR软件,在计算机上构建一个虚拟的外部环境,通过场景的搭建,将传感器的三维模型导入计算机软件中,通过在软件中的操作可以实现人对传感器的近距离观察,并将用户的触觉、视觉、听觉反馈于这个虚拟环境,实现对其进行操作的功能。这项技术实现了学生身临其境的学习过程,另外对于不断更新的传感器,我们只需要购买它的三维模型就可以了,降低了学校教学支出的同时使得学生不光是单纯的从老师处被动抽象地接受知识,而是可以主动的动手操作主观的了解学习对象。因此给教育行业带来了一轮新的革新和发展。

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二 VR软件与教学前景

(一)VR软件


        IdeaVR是曼恒数字自主研发的一款支持异地多人协同的虚拟现实教育平台,搭建虚拟环境的操作十分简易,即便是零编程基础人群也能轻易操控虚实空间之间的交互,借助内置强大的分布式多人协同系统,可快速构建多人协同工作环境,让所有使用者置身于同一个真实的场景中,使用IdeaVR新增的语音通讯、白板、PPT播放、答题考试等功能模块,实现多人异地协同模式下用户之间的高效沟通和“教、学、考、练”环节的全覆盖。

(二)教学前景

       课程设计的主要目的是让学生了解实物的内部结构,工作原理以及使用状态,利用虚拟现实技术,就可以很好的实现这些功能,相比展示实物,VR技术更加容易让学生接受和理解,每个学生带上VR眼镜后,就像站在实物面前一样,你可以通过手柄拆卸结构,观察内部的结构,可以通过动画看到实物工作时的状态,对于一些危险的实验,通过VR技术就可以避免安全事故,以上诸多益处都表明虚拟现实技术将有一个很好的教学前景,普及范围将会越来越大。

三 VR软件的使用

       传感器课程设计中包含三种传感器,下面仅以螺线管型差动变压式位移传感器作为例子介绍一下VR软件的使用,首先使用三维软件Solidworks对传感器进行建模,然后导入IdeaVR软件中,接下来就可以通过软件进行查看、剖切、标注、动画制作和虚拟装配操作,让学生在自己动手的过程中深刻理解传感器的相关知识,还可以用手柄控制零部件完成装配和拆解实物的过程,趣味无穷,避免了学生被动的接受老师干讲的尴尬局面。极大地提高了学生的兴趣和学习能动性,提高了学习效率,使传感器课程设计这门课程发挥更大的作用。

(一)文件导入

        IdeaVR软件是一款三维空间虚拟软件,场景构建是它的主要作用,市面上三维软件种类繁多,为了实现不同三维软件得场景构建,IdeaVR支持导入通用VR格式文件和三维工业格式,目前支持的通用VR格式有:Catia、UG、Creo、SolidWorks、Inventor和SolidEdge;支持的工业设计格式文件:step、iges、parasolid、acis和3dmax。
当三维模型是使用以上软件所建模的就可以在“文件”菜单项中选择“导入文件”中导入,打开导入对话框。

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        在弹出的对话框中选择要导入的模型文件,非工业版的IdeaVR支持“.mesh”模型、“.smesh”骨架动画、Autodest的“.fbx”、Collada的“.dae”、3DStudio的“.3ds”以及“.obj”和“.stl”等常用的三维模型,最后将移动鼠标选择模型摆放位置,完成模型得导入。这是普通文件得导入,工程文件的后缀为“.world”格式,需要从“打开工程”这个对话框里打开。

(二)视口类型

        IndeaVR编辑器中提供了两种视口类型:透视视口和正交视口。透视视图是场景的三维窗口。正交视图(包括主视图、俯视图和侧视图)是顺着每个坐标轴(x、y或z)看到得二维视口。各个视图的图像如图2所示。
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(三)视口操作

       视口操作分为导航操作、选择操作和变换操作,这三项功能可以灵活地调节场景中实体的视角,可以帮助我们清晰的观察实体的每一个细节,为我们详细了解实体提供了很大的帮助,下面表格介绍了功能键以及他们的作用。


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3.变换操作

        首先打开IdeaVR中控制菜单栏,分别找到里面的选择、平移、旋转和缩放按钮分别进行操作。变换操作按钮图标如图3所示。


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(四)视频录制

       在IdeaVR软件中展示的实体或场景都是复杂的装配体,需要展示内部的结构,使用VR软件中的动画制作功能,把复杂的装配实体中的零件一个个拆解的过程做成动画,就可以让学生身临其境的感受装配体的内部结构,因为制作动画的过程比较复杂费时间,课堂上没有太多的时间浪费,所以最好的办法就是把制作动画的过程录制下来,在上课的时候直接给学生放录制下来的视频。录制视频的步骤如下。在菜单栏里面找到视频录制按钮,打开对话框,对话框中的内容如图4所示。

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         录制按钮用于录制当前场景,可输出2D/3D视频,根据需要去设置所要录制的视频形式,暂停键就是暂停录制,最重要的设置按钮,它包含了视频设置、立体设置和音频设置三部分,对话框如图5所示。


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         视频录制中默认录制2D视频,下面详细介绍一下如何录制一段3D视频,在录制前需要进行设置,在模式一栏中,选择Stereo,表示输出的是3D视频,如果选择Normal,那么输出的就是2D视频,如果需要同时录制音频,需要勾选启用耳麦项并设置储存路径。点击录制按钮,录制开始,您在场景中的所有操作都将被记录下来。点击停止按钮,录制停止,在刚才设置的存储路径中可以找到新生成的两个视频文件,分别对应左眼和右眼,如果录制了音频会生成对应的音频文件,可以使用第三方立体播放器进行播放。

四 结语

       本文把虚拟现实技术应用于传感器课程设计教学中,能够解决传统教学中遇到的很多问题,让书本上的知识变得立体,这样学生就更加容易的去理解和接受新的知识,通过他们自己动手操作,培养了动手能力的同时提高了他们了解传感器内部结构、原理和工作状态的效率,从而加快学生学习的进度和加深了老师教学的深度。

参考文献

[1]唐文彦.传感器[M].机械工业出版社,2011.
[2]朱震华.VR技术在课堂中的应用[J].电子技术与软件工程,2018(20):2095-5650.
[3]杨波.基于VR技术的仿真虚拟教学资源应用开发[J].信息记录材料,2018(11):1009-5624.
[4]陈长全,符龙生.VR技术在高职院校实训中的应用[J].电子技术与软件工程,2018(18):2095-5650.
[5]王玲玲,刘慕鸿.VR技术在初中数学教学中的运用[J].中国教育技术装备,2018(11):1671-489x.
[6]黄旭.Vr技术在高校体育教学及训练中的运用可行性研究[J].当代体育科技,2018(21):2095-2813.

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