基于虛擬現實技術的《計算機組裝維護》課程實驗平臺構建

陳 靜 張 陽

(長春科技學院，吉林 長春 130600)

0 引言

虛擬現實(VR-Virtual Reality)通過多媒體技術與仿真技術相結合生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環境，用戶以自然的方式對虛擬環境中的對象進行體驗和交互。特點如表1所示。

表1 虛擬現實技術特點

《計算機組裝維護》是實操技能比較強的課程，主要內容包括計算機硬件的基礎知識和維護方法。本門課程主要是培養學生在計算機組裝與維護方面的技能，但是在授課過程中，由于各種客觀原因，一些應該開設的教學實踐和實驗無法順利進行，而一個虛擬的實驗平臺，可以很好地解決這些問題。通過《計算機組裝維護》課程實驗平臺的應用，提高了學生的動手能力，對知識點理解更加透徹，熟悉更多的硬件，很快掌握技能，使教學效果得到很大提高。

2 虛擬仿真實驗平臺的構建

虛擬實驗平臺是利用虛擬現實技術仿真，學生在其中可以觀察和操控對象，讓學生對學習內容有一個直觀的認識。人機交互主要是鼠標響應事件，如點擊、拖動等，將虛擬的硬件，按實驗要求完成整個實驗。

采用3DMAX、Unit3D等技術，設計虛擬仿真實驗平臺。平臺中模擬了如何裝配一個主機，在組裝的過程中各個硬件如何進行安裝，如顯卡、主板、內存、風扇、中央處理器等的組裝；軟件的安裝與測試等實訓，學生能夠在虛擬三維空間中真實地感受各個硬件的安裝與調試。承載平臺的電腦系統常規配置要求如下表2所示。

表2 常規配置要求

(1)硬件及環境的建模。采用3DMAX軟件進行3D建模，包括實驗室環境及各種計算機硬件。模型仿真度高，能夠完成人機交互，同時可以利用互聯網上現有的模型資源，可以利用三維軟件進行二次編輯后，再將這些模型生成VRML文件，增強現實技術多需要利用VRML文件做交互，3DMAX制作的模型導出VRML格式才能用于程序中，導出后經過二次開發，形成豐富多彩的虛擬現實世界，達到構建三維場景的目的。

(2)使用Unit3D和RVML技術實現組裝過程的交互。利用Unit3D編程軟件和C#語言使模型和環境具有人機交互的功能，學生可以在虛擬環境中漫游，360°全方位了解組裝的全過程，這樣就避免了對實際硬件的損壞。

(3)提供基礎組裝維護過程的視頻資料和文檔資料。實驗平臺為學習者提供了部分學習資料，以便熟悉整個組裝維護過程，學生可以根據資料內容自己動手操作實踐，從而掌握技能。

(4)操作提示功能，平臺在學生進行操作的過程中，針對不同的硬件會有相應的操作提示，如在安裝CPU時，會先出現“打開CPU頂蓋”的提示，同時處于可操作狀態的硬件顏色會呈現出綠色，這樣就避免學生出現錯誤的操作。

(5)硬件模型庫。將編輯完的模型資源存儲到實驗平臺的模型庫中，學生在做實驗時可以對硬件進行選擇，從而組裝成一臺完整的機子。模型庫中資源不斷更新，包括3D模型及硬件的相關參數，學生在庫中可以根據相關要求選擇參數適合的硬件模型。

3 虛擬現實技術在實驗教學中的重要意義

針對實踐性較強的專業，實際教學中需要將理論與實訓密切結合，全面培養學生的實踐動手能力。將虛擬技術引入到實驗教學，可以為學習者創造一種自主學習的環境，從而實現對知識的主動構建。這一技術的應用既節省資金，又可以讓學生完成各種實驗，一舉兩得。

(1)節省實驗經費，虛擬資源可以不斷重復利用。虛擬實驗教學平臺的使用不受時間、資金、場地的限制，虛擬資源不受使用頻率限制，利用率高，豐富了學生感性認識，加深對教學內容的理解。

(2)更有利于激發學生的學習主動性。由于虛擬實驗平臺在虛擬的三維環境中模擬真實實驗環境，具有游戲的特點，利用學生玩的天性激發學生的學習興趣，在玩中發現問題、解決問題，有利于培養學生的科研創新意識。

總之，虛擬現實技術應用在實驗教學中，能夠獲得更好的教學效果，對精密設備的仿真建模，可以避免真實實驗操作帶來的各種突發事件對設備造成的損壞，也降低了對學生人身安全的危害。

4 虛擬設備與真實設備的差異

虛擬實驗平臺的建立，彌補了硬件設備跟不上實驗的要求、上課時間受限等問題，在教學中有非常重要的意義。但在教學應用的過程中也要處理好“虛擬實驗”和“真實實驗”的關系，不可一味地強調虛擬實驗，要二者結合，虛實搭配，在互做補充的同時，又各有側重點，只有這樣才能得到良好的教學效果。另外，教師也要注意，雖然是虛擬實驗，也要注意培養學生嚴謹科學的實驗作風。