淺析虛擬現實技術在橋梁識圖實訓課中的應用

張 櫻

（天津職業技術師范大學，中國 天津 300222）

隨著經濟的不斷發展，城市的不斷擴張，橋梁在人們日常生活中的作用就顯得極其重要，而橋梁建設需要大量施工人員。我校是華北地區唯一所培養市政建設人員的中職校，其中道路橋梁施工專業不僅是我校也是國家級骨干專業，每年為天津乃至全國輸送大量建設者。可以說我校為市政基礎設施建設培養了大量專門人才，但同時也暴露出一系列問題。

1 橋梁施工專業實訓教學存在的問題

以往，橋梁施工專業實訓教學分為兩部分，一部分是理論基礎教學、一部分是現場實訓。首先，在理論教學部分，教師往往重視呈現教學內容，忽略設計學習環境。課程都是文本教學材料或者教師講稿的“電子化”，或者播放一些簡單的施工現場圖片、視頻。但由于施工作業現場視頻材料少，教師本身又不可能常年駐守工地拍攝視頻，所以這類影像資料非常少。加之本身實訓課程相對難度較大，幾乎沒有讓學生解決的現實問題，更沒有讓學生去操作和模擬的情景，學生在學習時，唯一能做的就是被動地接受教學內容，為了應付考試，不得不強迫自己去背誦，這就制約了學習者的主動性和積極性，更談不到應用時的信手拈來。

其次，對于現場實訓，以往由教師帶領學生到附近的施工現場觀摩學習，卻遇到更多的難題。比如，道橋建設的工程量大、工序多且較復雜、建設周期較長，短時間的實習往往只能看到工程的某個局部或某個工序，很難觀察到工程的全過程；由于時間和經費的限制，一次實習又不可能到多個不同工地進行；中職生素質偏低，施工單位考慮安全、食宿等方面的困難，往往不太愿意接待學生實習，使得有些實習只能是走馬觀花，流于形式，不可能動手參加生產實踐。作為一名計算機教師，我一直致力于我校如何提高道橋專業實訓課水平的研究。而虛擬現實技術正好解決這一難題。

2 虛擬現實技術在橋梁施工專業實訓教學中的應用

虛擬現實技術可以為學生提供生動、逼真的學習環境，學習者可以主觀地、直接地在多感官的計算機模擬環境中活動，學習者可以操作模擬環境中的物體，猶如處理現實環境中的物體一樣。虛擬現實技術在課程中的應用主要有以下三個方面：

2.1 學習抽象知識

在傳統的道橋實訓課程教學中，教師用語言、圖片來向學生傳授知識并提高學生的理解能力，但是，由于制作時圖片拍攝視角的不同，對物體的感知也不相同，缺乏立體感與生動性。而利用虛擬現實建模語言則可構建與實物相同的物體，可用來觀察生活中不宜或不能觀察到的物體。可以使概念原理等形象直觀、易于理解。

2．2 呈現虛擬場景

一般來說，橋梁方案主要由以下幾個方面組成：全橋平面圖、立面圖、結構設計圖、鋼筋布置圖、曲線布置及墩部分詳圖；墩、臺、基礎設計資料；全橋工程概預算等。如果采用虛擬現實技術，就可以更好地表現設計方案。把當地的地形、景觀、交通條件和橋梁方案輸入建筑物漫游的虛擬現實系統中，可以漫步橋上，也可以從任意視點、任意角度觀察橋的形象，甚至可以驅車通過該橋，得到類似橋建成后的感受。

2．3 橋梁虛擬施工

橋梁虛擬施工的應用大致可分為二點：一是，對已存在橋梁施工技術采用虛擬仿真技術進行分析，二是，對尚未建設的橋梁對其施工技術進行設計時采用虛擬仿真。虛擬仿真中以虛擬原型取代物理原型，虛擬原型指的是可用于觀察、操縱、裝配、拆卸的三維數字模型。建立虛擬原型(即建立幾何模型與物理模型)成為橋梁工程設計過程中的重要環節，橋梁虛擬施工就是建立系統的模型，并在模型上進行實驗和研究一個存在的或設計的系統。在系統運行時，利用虛擬仿真模型作為施工檢測對象，給學生提供有關系統實施初始階段的、運行階段的和行將結束階段的信息，以便為施工設計方案做出正確的決策，既在橋梁施工系統運行前，直觀了解可能出現什么問題，會出現什么問題等。

橋梁虛擬施工技術通過建立內部和外部結構動態施工程序，解決了一些施工過程中出現的難點和關鍵問題。從而，即按橋梁施工的主要程序關系以及內部結構、施工組織、施工控制等以圖像的形式反映出來。使橋梁復雜結構的設計和施工變得既可直接監測調試存在的問題又可直觀的目睹整個施工過程，給橋梁施工實訓課的傳統形式開拓出了新的領域。將橋梁施工技術與虛擬現實技術相結合，利用虛擬現實技術進行模型的建立和實驗的模擬，使橋梁施工的過程實現圖像化、可視化，豐富了橋梁施工設計的內涵。

3 虛擬現實在應用中面臨的問題

盡管虛擬現實技術應用領域十分寬廣，但是由于種種外在原因使得其整體開發水平及其重要性并未引起廣泛的關注，從而導致使用普及并不高，其在中職學校教學中的應用更為少見。主要表現在以下幾個方面。

3.1 技術局限

虛擬現實技術的發展，是在網絡技術的基礎上，融合多種技術的結果。它是一項難度很大的綜合技術，要達到逼真的多種感覺和實時的自然交互是非常不容易的。相關設備局限性很大，效果有待改進，因此限制了推廣使用。另一方面，基于軟件的虛擬現實相對較為便宜，但由于多數虛擬現實系統軟件存在語言專業較強、通用性較差、易用性差等特點，因此軟件所能實現的效果逼真度、自然交互性不夠、許多算法及相關理論與技術有待解決。

3．2 資金限制

虛擬現實系統的硬件、技術成本較高，開發平臺的研制具有一定的局限性。逼真的立體視感(沉浸感)需要寬視野和高分辨率的顯示設備，但諸如頭盔顯示器、虛擬實驗系統，虛擬演播室等相關虛擬現實硬件設備造價昂貴，如果購買，一次性投入很大，這對辦學資金本來不足的大部分職業院校來說，無疑是個大難題，嚴重阻礙了沉浸感好、性能優越的虛擬現實教學系統在職業院校中全面推廣。因此職業院校應該根據本校財力以及教學目標來選擇適合的虛擬現實系統。

3．3 教學理念局限

由于虛擬現實技術的應用對傳統教育教學理念產生了較大的沖擊，在短期內還沒有與之相適應的教育管理、課程設置、教學方法、考核模式，嚴重影響了基于虛擬現實技術的教學實施。加之虛擬現實技術提供的是間接經驗，是虛擬的，不能完全取代教學實踐和生活實踐。因此在教學中也要合理、適度使用，不能完全依賴于虛擬現實系統，而忽略了實際現場的實踐。

虛擬現實技術在教育領域發展的潛力是巨大的。借助虛擬現實技術，實訓課程可以挖掘高效潛能，使優秀教師的知識可能被更多的學習者接受。學生在主動參與高質量學習的同時，可以得到人文熏陶，提高綜合素養。雖然虛擬技術在教育領域中的應用還有待深入研究，但其所具有的特點為現有應用的成就為其與更多學科進行整合，更多技術進行結合成為可能。將其應用到實踐教學中，將會為其在實訓類學科的具體應用提供了一個有益的參考，也必將對職業學校實訓課程的發展產生更加深遠的影響。

［1］游麗.虛擬現實技術在建筑設計教學領域的應用[D].四川：四川師范大學，2010.

［2］史軼君.虛擬現實在教育中的應用[D].吉林：東北師范大學，2008.

［3］楊明興.淺談虛擬現實技術在土木工程中的應用[J].科技風,2012，6：65-65.