工程制图教学中虚拟现实的应用

【摘 要】为了有效提高工程制图的教学质量,适应应用型人才培养的需求,提出基于虚拟现实的工程制图教学模式,并详细介绍了基于虚拟现实建模语言（VirtualRealityModelingLanguage,VRML）的三维模型虚拟现实系统的构建过程.

【关 键 词】工程制图；虚拟现实；VRML

0前言

工程制图是工科专业的基础课.课程的目的旨在培养学生阅读和绘制工程图纸的能力[1].其中,,三维实体到二维图样的转化以及由二维图样想象出三维实体的能力的培养是工程制图教学要达到的目标,随着三维软件在企业应用的推广,传统的图纸化工程制图方法难以满足应用型人才培养的需求[2].

近年来,虚拟现实作为一种关键的现代教育技术引入到教学过程中,虚拟现实的逼真临床感能够有效激发学校学习兴趣和提高学生积极性[3-4].将虚拟现实技术和工程制图教学相结合,有利于突破教学的难点和提高学生空间思维能力,对于工程图学教学的现代化发展具有重要的意义[5-6].为此,本文研究了基于虚拟现实的工程制图教学模式,并以虚拟现实建模语言（VirtualRealityModelingLanguage,VRML）语言为基础,开发具有虚拟现实的工程制图教学环境,以有效提高工程制图教学效果.

1基于虚拟现实的工程图学教学模式

本文设计图1所示的基于虚拟现实的工程制图教学模式框架如图所示.其中,最底层为三维模型层,此层为系统提供基本的三维模型的素材库.虚拟现实的表示和控制是系统的核心,通过逻辑的控制,实现系统的功能.系统功能层是在虚拟现实的表示和控制上实现教学过程的功能.学生和老师是系统的用户.通过此系统,学生可以实现三维模型的感知,培养自身的空间思维能力.

图1基于虚拟现实的工程制图教学模式

2实现过程

VRML是目前主流的虚拟现实场景建模语言,其本质是本质上是一种面向web,面向对象的三维造型语言,具有平台无关性的特点.下面将以VRML技术为例,介绍模型的实现过程：

2.1三维模型的创建

采用UG或Pro/Engineer完成三维模型的数字化构建,然后导入为VRML格式.

2.2爆炸场景的实现

利用Viewpoint节点,预先定义观察模型的前、后、左、右、上、下这六个方向.利用VRML提供的内联节点Inline,引入零件模型,利用Anchor锚节点,实现装配图与各个零件的调用和互动,并采用文本描述各个零件的相关信息,使浏览者能更加形象、清楚的了解装配图的各个组成部件.创建从装配图到爆炸事件图这一动态过程,借助于时间检测传感器节点确定发生变化的时间,再利用插补的方法创建设备的爆炸动画.

2.3基于VRML和Ja的主要部件的可交互操作

浏览该场景,除了实现的放大、缩小、平移、旋转等交互控制外,还可单独控制每个主要的部件的动作.图2和图3是VRML与Ja结合部分实现可交互操作的程序.

2.4基于WEB虚拟现实模型及其信息浏览

将上述模型集成到Web中,建立如图4所示的Web浏览页面.课程教学和学生课外学习的环境中,学生可以利用此模型学习相关的知识类容,以提高老师教学和学生学习的效率.

图4Web浏览页面

3结束语

将虚拟现实与工程制图教学相结合是实现工程制图教学现代化的重要内容.本文利用虚拟现实建立一个工程制图教学系统,能够有效提高学生对工程制图的学习兴趣和提升工程制图的教学效果.

【参考文献】

[1]ZhengJ.,TeachingofEngineeringDrawinginthe21stcentury[J].Proc.ofthe2ndInt.Conf.OnMechanicAutomationandControlEngineering,IEEE：Hohhot,2011：1713-1715.

[2]Wangf.&ChenC.,ImproveEngineeringDrawingTeachingbyCombiningModernMethodsandTraditionalMethods[J].Proc.oftheInt.Conf.OnITinMedicineandEducation,eds.ShaoziL.&YingD.IEEE：Guangzhou,2011：563-566.

[3]BuckyJ.D.&PloD.A,Useofsignalingtointegratedesktopvirtualrealityandonlinelearningmanagementsystems[J].Computers&Education,2012,59（4）：1099-1108.

[4]NieolettaS.,HypermediaModuleorDistanceEducationandVirtualUniversity：SomeExamples[J].JournalofDistanceEducationTechnologies,2003,1（1）：78-95.

[5]ZaihuiC.&Zhongyanh,DesignVirtualRealitySceneRoamforTourAnimationsBaseonVRMLandJa[J].PhysicsProcedia,2012,25：693-699.

[6]HerbertB.&FrankV.R.,UsingVRMLandJAtovisualize3Dalgorithmsinputergraphicseducation[J].ComputerNetworksandISDNSystems,1998,30（20,21）：1833-1839.

[责任编辑：薛俊歌]