新工科背景下虛擬仿真技術在測繪工程中的應用研究①

徐濤 韓月嬌 馬洋洋 王亞軍 李濤

摘 ? 要：隨著我國經濟快速發展，各類工程對測繪人才的需求正在不斷擴大。在新工科背景下，應當進一步加快測繪工程專業教學改革，提升測繪工程教學質量，培養社會所需的優秀測繪工程人才。本文在簡要介紹虛擬仿真技術的基礎上，闡述將虛擬仿真技術引入測繪工程教學的必要性，側重探討了新工科背景下虛擬仿真技術在測繪工程教學中的具體應用。

關鍵詞：新工科 ?虛擬仿真技術 ?測繪工程 ?應用

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0028-02

新工科 （Emerging Engineering Education） 是為了適應新一輪的科技革命，立足國家戰略發展需求以及國際競爭新形勢，提出的一種工程類的新的教育改革方向。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》、《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設。新工科理念的提出對實現我國“中國制造2025”等戰略， 為我國的服務創新、產業升級提供重要的驅動力。本文中以測繪工程專業為例，提出將虛擬仿真技術引入測繪工程專業教學當中，順應新工科理念的要求。

1 ?虛擬仿真技術的簡介

虛擬仿真技術 （virtual reality） 是借助現代計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等技術，通過運用先進的軟件系統和設備建立起模仿現實世界的虛擬的三維環境，使人們在其中會形成身臨其境的交互體驗。虛擬仿真技術的特征主要體現在沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性等方面。目前，虛擬仿真技術被廣泛地運用于諸多領域，包括環境設計、商業地產、工業等，發揮著獨特的作用。近年來，國內高校積極引進虛擬仿真技術，推進本校虛擬仿真實驗室建設，虛擬仿真實習基地建設等。虛擬仿真技術的在教學中的具體應用，使學生如同親臨現場，深化對理論知識的理解， 且能通過與虛擬系統的互動強化對操作技能的掌握。

2 ?新工科背景下虛擬仿真技術在測繪工程專業教學的應用的必要性

2.1 增進學生對測繪工程專業知識體系的理解

測繪工程專業是一門實踐性較強的專業學科。測繪工程專業培養的人才，應用領域十分廣泛，包括房屋建筑、礦產勘查、交通運輸、海洋工程等行業等。同時，這也對測繪工程專業學生的知識體系提出了較高的要求，即要求其可以熟悉包括繪學的理論、工程建設、項目管理等在內的各類知識。其中，有一些知識對學生而言，從理解層面是有難度的。在教學中，將虛擬仿真技術引入教學中，可以促進學生對一些相對較難知識點的理解，將抽象的知識具象化， 給學生制造出逼真的學習情境，可以使學生在相對真實的情景中理解和把握知識，降低學習的阻礙，增進學習的效率和質量，并可以使學生保持對知識獲取的興趣，對學生完整知識體系的建構大有益處。

2.2 解決學生的測繪工程專業實踐薄弱的問題

測繪工程專業學生，在理論知識學習基礎上上，應當具備地面測量、工程測量、海洋測量、航空測量等方面的實踐技能與實操經驗。因此，可以在測繪工程專業中引入虛擬仿真技術，可以彌補現有課程教學中存在的實踐教學比重較少的問題，借助虛擬仿真技術創造出虛擬真實的情景，增加學生參與實踐的機會，對增強學生的實踐能力有顯著的效果。同時，包括將一些包括虛擬測繪儀器設計、虛擬模型制作、整個測量過程的三維模擬等一系列虛擬仿真實驗教學系統的開發等合理地引入到實踐教學當中，也在一定程度上增進了測繪工程專業學生實踐教學的效果。

3 ? 虛擬仿真技術在測繪工程專業教學中的應用探討

3.1 注重先進的虛擬仿真技術的引入

高校應高度重視虛擬仿真技術的引入以及包括虛擬測繪儀器設計、虛擬模型制作、整個測量過程的三維模擬等一系列虛擬仿真實驗教學系統的開發，為測繪工程專業教學的開展奠定良好的基礎。同時，也可以利用現代的各類技術和硬件，構建起教與學為一體的測繪工程專業線上實踐教學平臺。

3.2 開發虛擬仿真技術的實驗項目

契合測繪工程專業特色，開發虛擬仿真技術的實驗項目。在測繪工程專業教學中，高校應當在引進虛擬仿真技術，開發相關的教學系統基礎上，合理地從測繪工程專業特色出發，上線一批涵蓋鉆探、航空、建筑、礦藏等領域實驗項目，實驗項目中涉及的技術應當全面地包括測繪應用領域可能涉及到的各類技術，例如三維視景技術、數值仿真技術、虛擬儀表技術、激光測量技術等等。通過參與這些項目，使學生可以地融合更多的知識和技能，成為一專多能的應用型人才。

3.3 運用虛擬仿真技術開展測繪工程教學

在測繪工程專業教學中，通過虛擬仿真技術的在測繪工程專業的運用，以虛擬仿真實驗室為載體開展測繪類專業的虛擬仿真實驗教學，為學生進行實現理論知識和實踐操作的學習提供重要平臺，實現對測繪工程專業課堂教學的有效補充。對學生而言，一方面可以在虛擬仿真實驗室中結合老師布置的實踐項目進行自主實踐，增進對項目相關知識的理解和掌握。另一方面，學生也可以不用走出室外，通過基于過Web技術來實現開放式虛擬仿真平臺，完成一些測量仿真操作。例如，可以通過VRML編程語言以及3ds Max來實現場景建模等。此外，基于虛擬仿真技術的實踐平臺可以為測繪工程專業提供可視化、形象的虛擬環境。在這樣的情景中，無論教師，還是學生，都可以直觀、清晰、具象化地了解測繪工程專業的涉及到的實驗環節，高度還原實驗場景和步驟，形成較好的實踐教學效果。

3.4 注重測繪工程課程的延伸和拓展

在測繪工程專業中，教師及科研人員應充分以虛擬仿真技術的引入和推廣應用為契機，充分發揮自身在專業性層面的優勢，將最新的測繪工程學科最新的前言技術合理地借助虛擬仿真技術融入到課程教學當中，并通過行業前言知識與教學內容有效結合，開發和制作一批契合測繪工程專業人才培養需求的線上課程，例如包括工程測量學等。同時，也可以制作洞穴激光測量、航空測繪、雷達仿真實驗等微課程視頻，既可以激發學生的學習興趣，也可以實現對課程教學內容的有效延伸。同時，在對測繪工程課程予以進一步延伸和拓展時，應當突出重點，明確關鍵點，重視難點，以增進學生理解，拓展學生思路為目的，借助虛擬仿真技術，網絡平臺等，為培養卓越工程人才創造有利條件。

4 ?結語

總之，虛擬仿真技術目前已經在高校眾多專業的教學領域得到了實踐應用和推廣，在推動相關領域發展方面發揮著重要作用。虛擬仿真技術在測繪工程專業教學理論教學與實踐教學部分的運用，彌補了傳統教學模式存在的不足，以其高效率、低成本、內容豐富的特點，更為直觀、形象的展現了課堂內容，輔助學生進行有效地學習，在一定程度上突破了設備或場地限制，可以促進學生創新實踐能力的培養，符合到新工科視野下測繪工程專業人才培養的要求。

參考文獻

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