VR技術在測量學實訓課程教學中的應用研究

左小翠 張學亮

摘 ? 要：測量學實訓是一個重要的實踐性教學環節。文章在教學過程中引入虛擬現實技術，在強大的計算機軟硬件技術支撐下，可以再現逼真的實習場景，通過教師的引導，學生進行沉浸體驗式的學習，有效解決了學生實訓過程中安全系數不高、參與度低、技能學習滯后等多方面的難題，有利于培養學生的綜合職業崗位能力。

關鍵詞：測量學實訓; 虛擬現實;沉浸體驗

隨著計算機視覺、3D渲染、大數據分析等核心技術的發展，虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術憑借其帶來的視覺沖擊、逼真的感官體驗為教育、醫療、工業制造等眾多行業領域的發展提供了切實可行的解決方案。用戶借助于頭盔、眼鏡、鼠標等終端設備可實時進入計算機模擬出的各種現實或非現實的三維場景，進行人機交互，體驗高科技帶來的前所未有的非凡體驗。特別是在教育領域，虛擬現實技術不僅可以為學生定制仿真的實踐環境，還可以通過3D建模再現場景，生動、靈活地展現教學內容，開創了“信息化教學”的嶄新領域，是高科技與現代教育高度融合的展示和體現，也是教育手段現代化、信息化的標志之一，應用前景極其廣闊[1]。

1 ? ?測量學實訓課程中的應用背景

測量學實訓是一個重要的實踐性教學環節，通過綜合性的實訓練習，有利于學生掌握測量人員作業的基本要求，全方面提升其測量應用技能水平，為今后從事相關崗位工作奠定堅實的技術基礎。此課程的開設要求配備真實的實訓場地、先進的測繪設備以及安全的實訓環境。但經過長期的教學實踐發現，此模塊的教學存在著如下問題。

1.1 ?測量實訓場地配套建設難以保障

施工測量貫穿于整個建筑施工的全過程，從控制點的埋設、控制網的建立到建筑物的碎部測量，從基礎測繪再到數字制圖、變形觀測等，內容多且復雜。若在校園范圍內將整個實訓流程全部進行實地模擬，需要投入大量的場地和資金，大部分院校難以實現。

1.2 ?測量實訓器材更新換代步伐緩慢

測繪技術隨著信息技術的手段注入，經過長時間不斷的發展和完善，取得了長足的進步，逐步朝著數字化的方向創新和發展。許多具有突破性的測繪技術和設備不斷涌現，如全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位技術、無人機測繪技術、三維激光掃描技術等[2]。院校實訓室需要緊跟時代步伐，對儀器設備進行更新換代，意味著需要大量的資金投入和支持，很多院校往往受困于此，不能順應技術發展潮流與要求而更新實訓室環境和設備，學生難以學習和應用到新儀器和新技術，造成技能培養和崗位需求脫節的問題。

1.3 ?測量實訓器材更新換代步伐緩慢

為接觸真實的工作項目，培養學生職業崗位能力，職業院校往往安排學生去往校企合作的項目工地現場進行觀摩和實踐。由于大多數建筑工地環境錯綜復雜，無法給學生提供絕對安全的實習場所，而且學生能力有限，不可能長時間操作高級儀器設備，也不可能觀摩和學習到工程項目各個環節的流程和方法，這些因素都極大地限制了學生職業崗位能力的提升[3]。

2 ? ?測量實訓課程引入VR技術發展歷程

虛擬仿真技術與教學的結合方式，已經由最初的仿真模擬逐漸向增強現實轉變，趨向于把真實環境和虛擬現實的景象疊加起來，利用虛擬的物體對真實的環境進行逼真的補充，虛實結合，增強學生的真實感受，提高認知能力。

發展初期，借助于計算機模擬軟件和FLASH動畫演示，將儀器構造組成、經典案例實施流程模擬再現，能夠激發學生學習興趣，加深對知識的感知和理解，但是學生參與程度不高，僅限于觀摩或瀏覽，不利于培養學生的動手實踐能力。隨著人機交互技術的不斷發展，學生借助VR工具，不僅可以實現仿真觀摩，還能夠通過按鈕或者觸摸設備完成實踐操作和考核，如儀器的拆分和組裝、基本使用方法等。如今，在虛擬儀器設備的基礎上加入真實的環境補充，使學生的仿真體驗更加流暢和真實，擴大了學生實訓的面域，提升了其動手實踐能力。

3 ? ?測量實訓教學結合VR技術優勢分析

虛擬現實技術基于計算機仿真、人機交互、傳感器等技術，為用戶提供交互、沉浸的感官體驗。學生可以通過視覺、觸覺、聽覺等多維感官通道收集信息，主動交互、思考、實踐。與傳統的教學方式相比該技術具有以下幾方面的優勢。

3.1 ?解決了學生校外綜合實訓的難題

參加企業項目頂崗實踐，有利于學生了解本專業所對應的崗位能力需求，培養職業綜合應用能力。頂崗實踐一般是結合實際工程項目的生產性實習來進行，但由于學生能力的限制和出于安全因素考慮，無法在實際工程中擔任重要職責，對學生的職業崗位能力培養較為不利。利用VR技術，將典型的測繪工程項目和案例制作成虛擬實習場景，再現了與實際工程相同的工作流程，可以在絕對安全的環境中，使學生擔任重要崗位角色，履行崗位職責，有利于培養學生的生產實踐和項目管理能力[4]。

3.2 ?減少校方場地和資金投入

信息技術和測繪技術的飛速發展，加速了測繪儀器設備和測繪方式更新換代的步伐。由最初的水準儀、經緯儀到全站儀，由人工布點到GNSS定位、無人機航測，由二維平面測圖到三維實景掃描等，由于校方場地和資金的限制，先進的實訓設備和環境往往難以保障。虛擬現實技術的加入，有效解決了這一難題，在虛擬系統中，可以預制最先進的儀器設備和典型的工程案例實景，而且一套實訓設備可以多人多次重復利用，實現了低成本培養高素質人才的培養目標，在保障先進性的同時節約了大量的場地和資金投入。

3.3 ?操作流程簡單，易激發學生學習興趣

虛擬現實教學系統作為計算機終端設備，其操作流程非常簡單，用戶只需穿戴好虛擬設備，通過點擊、觸摸等方式，即可進入實體三維場景進行模式實訓操作，突破傳統測量實訓課程易受場地、設備、時間等因素的制約，進行“多設備、多場景、多項目”的綜合實訓練習[5]。在免去儀器設備損壞的顧慮和思想負擔的同時，輕松地完成設備的拆解、組裝、工程項目的策劃組織及實施等操作，學生沉浸逼真深刻的體驗中，學習興趣濃厚，學習效率大幅提高。

3.4 ?革新了教學方式，提高了教學效率

測量實訓課程的傳統教學方式一般為教師講解演示、學生觀摩實踐，是以教師為主導的教學模式。由于場地及儀器的限制，教師往往不能將實際的應用場景直觀地展示，學生對儀器的操作及測量技術方法的掌握較為片面。依托虛擬現實技術的虛擬仿真實訓系統，變教師主導為教師引導，學生在沉浸式體驗中可以反復操作和積累經驗，實現“做中學”，使課堂學習過程生動、有趣，極大地提高教學效果。

4 ? ?VR在測量實訓課程中的應用建議

由于目前計算機數據存取和處理速度還不能很好地滿足用戶實時性需求，學生在應用過程中會出現系統應答速度緩慢、場景畫面不流暢不逼真等狀況，所以應加大虛擬現實軟、硬件技術研發力度，改善軟、硬件設施，優化學生用戶體驗，使虛擬現實技術可以更好、更廣泛地為教學服務。在教學過程中，教師不能將教學完全依賴于虛擬現實設備，應合理應用問題導向、任務驅動、合作探究等多種教學方法，強化學生動手實踐能力的同時，注重其創造性思維能力、團隊合作等能力的培養。此外，還應借助虛擬現實系統完善實訓類課程技能考核模式，虛實結合，提高技能考核的精準性。

5 ? ?結語

在測量學實訓課程中應用虛擬現實技術，可以突破實訓條件和時間的限制，使學生在絕對安全的環境中，沉浸式體驗工程項目的各個環節與流程，還可以進行實時考核與技能短板的反復練習，大幅提高學習的積極性和主動性，有效強化其職業技能。同時，教師應不斷提高個人綜合素質，充分掌握相關技術手段，創新教學模式，促進測量學實訓課程教學質量的整體提升。

[參考文獻]

[1]陳再發.虛擬現實技術在高職實踐教學中的應用[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2018（17）：64.

[2]黃志劍.虛擬仿真技術在工程測量中的應用[J].科技風，2018（9）：6.

[3]孫金萍.虛擬仿真技術在工程測量實踐教學中的應用初討[J].科教論壇，2019（3）：66.

[4]王式太，殷敏.虛擬現實技術在測量實踐教學中的應用探討[J].測繪與空間地理信息，2012（1）：222.

[5]王愛民，韓月嬌，唐沖，等.虛擬現實技術在工程測量實驗教學中的應用[J].中外企業家，2018（29）：187.

Abstract：Surveying practice is an important practical teaching link， the introduction of virtual reality technology in the teaching process， under the powerful computer hardware and software technical support， can reproduce realistic practice scenario， through teachers guidance， students immersed experiential learning， effectively solve the safety factor in the process of training students is not high， low participation， skill learning various problems， such as to cultivate the students ability of comprehensive professional post.

Key words： practical training in surveying; virtual reality; immersion experience