前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的虛擬實訓教學環境設計論文，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

1有關需要技術介紹

通過運用虛擬現實技術，可以將很多實驗環節通過某些設備和手段傳給計算機，然后通過軟件的解釋輸入給計算機，可以由計算機虛擬和仿真來實現，增加了學生對具體場景的理解和深入，為培養高素質的具有很好動手能力的學生奠定了一個最基本的基礎。當然，更深一層的意義將是對現代教育思想的發展和探索。在此研究中，主要針對可視化、多媒體通信等關鍵技術進行了探索。

2系統設計與開發

在系統設計與開發過程中，首先需要設計虛擬實驗教學環境模型。分別由用戶、操作接口、虛擬儀器實體模型、虛擬器件實體模型以及虛擬場景實體模型等，其中在虛擬儀器實體模型、虛擬器件實體模型以及虛擬場景實體模型中都要用到數學模型。

2.1系統設計流程

在虛擬實訓教學環境設計與研究中，虛擬教學環境構建流程。從環境設計開始，由環境建模、資源建模、用戶建模組成，然后經過動作定義，最后到達環境實現。根據虛擬教學環境設計流程，可以確定虛擬教學環境的內容，依據其體系結構建立虛擬教學環境。在環境、資源及用戶建模中，數學模型的建模過程基本相同（如SPICE模型）。而為了盡量逼真地模擬出場景、儀器和元器件的外形和操作，虛擬實驗一般采用三維建模和繪制技術進行環境、資源和用戶的實體建模。過程如下：①建立基本模型；②確定參數；③加入隨機誤差和隨機化初始條件。

2.2虛擬裝配的設計與實現流程

經歷了三維實體模塊、模型處理、模型導入場景、模型交互以及界面處理幾部分。虛擬裝配，是實際裝配過程在計算機上的本質體現。虛擬裝配流程中，三維實體模型的建模是基礎。實體模型包括每個實訓任務中需要的各種虛擬場景、虛擬樣機（實驗對象）、虛擬儀表、虛擬手等。首先借助傳統的專業三維模型軟件Maya建立實驗對象（如S700K型轉轍機）的裝配模型（模型創建）。其生成的虛擬實體數據文件，通過COLLADA轉換為WebGL引擎可以解析的XML數據文件（模型處理）。為了將WebGL與Collada關聯，本研究的虛擬中心采用了SpiderGL這種開源的WebGL引擎。該引起可以直接異步解析Collada格式數據。這種結構的優勢是利用服務器端Collada服務可實現內容的動態獲取和創建。然后在虛擬實訓環境中（模型導入場景），模擬實訓對象的實際裝配過程（模型交互）。在虛擬裝配環境中，干涉一般發生在當前移動的物體（包括零部件、工具、夾具）與靜止物體（虛擬裝配場景、已裝配的零部件、工具、夾具）之間。以高速鐵路通信信號專業研究為例，分別以圖示清晰地描述了虛擬裝配操作界面、虛擬裝配算法流程、轉轍機殼體虛擬裝配視圖，實現了對虛擬裝配過程的顯示與控制。

3虛擬實訓報告

實訓報告是非常重要的一個實訓教學環節，它不僅要簡要說明實訓內容、原理、使用元件儀器，還要記錄實訓中測試的數據、觀測的信號波形等信息，同時還要對實訓結果等進行相應的計算、判斷和分析。實訓報告處理過程示意，首先實驗數據、圖像等信息記錄經過分析處理模塊，利用實驗報告模板，實驗報告生成模塊形成，然后是實驗報告，最后是進入數據庫服務器。

4基于虛擬實訓的課堂教學模式實驗分析

基于虛擬實訓的教學結果到底如何？實驗選取某高職院校通信信號技術專業的學生作為主體實驗對象。他們所開設的主干課程—《通信信號設備與編程》作為實驗的具體對象之一，此課程理論教學的總學時在改革新的教學模式后由原來的160學時減少為120學時，而課程內容基本保持不變，運用傳統的教學方法，在有限的120學時內把通信信號設備與編程的全部知識傳授給學生根本無法實現。因此，需要新的教學模式和方法解決這個問題。選取開設同樣課程、學生總體水平相同的兩個班級作為實驗研究對象，實驗教學班為082班，傳統教學班為081班，每個班學生人數都是48人，其中實驗班采用基于通信信號仿真軟件的課堂教學模式，普通教學班采用傳統教學模式。《通信信號設備與編程》課程試驗班與傳統班教學情況對比。一年來的教學實際情況反映顯示，虛擬通信信號仿真在《通信信號設備與編程》課程教學中的應用前景廣闊。虛擬通信信號仿真在高職學校通信信號技術專業的應用必將改革傳統的通信信號專業教學模式，虛擬通信信號仿真是實施以學生為中心的教學必備工具，也是理論、實踐相結合教學的橋梁，是一種對學生實際能力培養的有效解決途徑，期冀基于虛擬通信信號仿真軟件的教學模式成為通信信號技術專業課堂教學改革的發展方向。通過對比分析，得出在實驗班比傳統班教學學時少40學時的情況下，實驗班總體成績仍大大好于正常班，但同時也看到了實驗班的編程優秀率沒有傳統班的高，分析其中原因，在通信信號仿真上“操作精度”和“熟練程度”不好保證，要想成為熟練有技術的操作工，還必須多多增加學生的一線實踐，提高學生的實踐動手能力。合理的進行系統化教學設計使通信信號仿真課與真實的實踐課比例達到最佳，實現教學效果的最優化。

5結語

對于基于三維情境的虛擬現實教學環境研究，根本在于立足虛擬現實技術的教學優勢，要想提高虛擬實訓的教學效果，就需要科學合理設地計開發虛擬實訓平臺，這一點是非常重要的。由于虛擬實訓技術在教育領域興起的時間不是特別長，因此，這種技術還需要不斷地改進和完善。如本文還未實現與專用特質手套、護目鏡等傳感設備進行實時對接，僅利用軟件模擬轉轍機等信號設備的裝配操作，操作真實感有待進一步加強。伴隨著我國對高職院校的改革，以及虛擬實訓技術的不斷進步，實訓的內容和方式都會發生明顯的改變，它必將替代傳統的實訓方式，在未來高職院校的教育中發揮巨大的作用。

作者：張立平 奚進 單位：武漢鐵路職業技術學院