1虛擬現(xiàn)實技術教學改革要點

（1）工業(yè)設計專業(yè)需要綜合多方面的知識技能，注重創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在知識技能層面，虛擬現(xiàn)實的想象性、交互性、沉浸性特征，可讓學生在浩瀚的虛擬世界漫游，并與虛擬環(huán)境內(nèi)的產(chǎn)品進行交互，這種強烈的身臨其境的體驗突破了傳統(tǒng)知識灌輸式的教學方式，向啟發(fā)式、引導式教學過渡，并能營造有趣的學習情境。在教育主體層面，能夠激發(fā)學生內(nèi)在學習動機，提高知識獲取效率，同時還能擴展學生的視野、開拓學生的思維，激發(fā)無限的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。但是，目前絕大多數(shù)高校虛擬現(xiàn)實技術課程仍采用以數(shù)字化建模為主的桌面式虛擬現(xiàn)實教學，依靠鼠標、鍵盤、顯示屏與產(chǎn)品進行互動，無視覺封鎖、無聽覺觸覺反饋使得沉浸感極差，想象性與交互性也大打折扣。因此，突破桌面式虛擬現(xiàn)實教學，探索研究立體顯示、沉浸式虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)，是虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革的要點。

（2）對工業(yè)設計專業(yè)而言，產(chǎn)品設計評價是不可或缺的環(huán)節(jié)。工業(yè)設計作為科技與文化的融合體，在信息化浪潮的推動下發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，信息產(chǎn)品設計需求迅速增長，對工業(yè)設計知識更新提出了更高要求，尤其是計算機輔助設計技術與虛擬現(xiàn)實技術[2]。因此，對于蜂擁而至的信息產(chǎn)品，用戶要通過人機界面同產(chǎn)品進行信息互換，在信息化時代，交互展示成為產(chǎn)品評價的必然表達手段。傳統(tǒng)的產(chǎn)品實體展示存在著耗費人力物力、制作過程較長、產(chǎn)品交互性差等弊端。而虛擬展示，運用虛擬現(xiàn)實技術模擬逼真的三維環(huán)境，同時封鎖視覺，讓用戶有聽覺和觸覺反饋，讓用戶身臨其境的與產(chǎn)品互動時又能沉浸于富有趣味的交互情感體驗中。此外，虛擬展示還具備的極大優(yōu)勢是其交互手段可以以移動互聯(lián)網(wǎng)為傳播方式。因此，在數(shù)字化建模的基礎上，構建產(chǎn)品虛擬環(huán)境、實現(xiàn)產(chǎn)品動態(tài)仿真和交互控制，也是虛擬現(xiàn)實技術課程教學改革的要點。

2虛擬現(xiàn)實技術課程體系構建

如何開展好虛擬現(xiàn)實技術這門課程，需要不斷探討與反思總結。針對上述的虛擬現(xiàn)實技術教學改革的2個要點，提出了有關虛擬現(xiàn)實課程體系建設的思考：通過實踐推動課程展開，整個教學活動過程由一系列由易漸難的校企項目支撐，在學生基本掌握課程內(nèi)容后，由學生自由選擇項目，分組合作完成一個項目，達到考核標準后結束課程學習。課程具體展開分為5個部分：虛擬現(xiàn)實理論、虛擬現(xiàn)實硬件設備、人機交互界面、虛擬現(xiàn)實開發(fā)、項目實踐。其中虛擬現(xiàn)實硬件設備和虛擬現(xiàn)實開發(fā)兩部分是課程體系構建的重心。

2.1虛擬現(xiàn)實理論

讓學生了解虛擬現(xiàn)實技術的背景、概念、特點和應用及發(fā)展情況，展示虛擬現(xiàn)實在工業(yè)設計領域的應用情況，并播放優(yōu)秀設計作品，激發(fā)學生內(nèi)在學習動機的同時為接下來教學內(nèi)容的展開做好鋪墊。

2.2虛擬現(xiàn)實硬件設備

硬件設備包括數(shù)字建模設備，如3D掃描儀等；三維視覺顯示設備，如3D展示系統(tǒng)、大型投影系統(tǒng)、頭戴式立體顯示器等；聲音設備，如三維的聲音系統(tǒng)以及非傳統(tǒng)意義的立體聲；以及交互設備，如位置追蹤儀、數(shù)據(jù)手套、3D輸入設備、動作捕捉設備、眼動儀、力反饋設備等。在硬件設備配備方面，多數(shù)的學校因教學經(jīng)費原因，難以支持購買大型虛擬現(xiàn)實設備，如動作捕捉儀和洞穴式顯示器等。但隨著科技進步，以Google在2014年的I/O大會上推出的Googlecardboard為代表的廉價虛擬現(xiàn)實眼鏡，為沉浸式虛擬現(xiàn)實在高校教學中的推廣應用奠定了基石。SamsunggearVR、Googlecardboard和暴風魔鏡都是用眼鏡封鎖用戶視覺，以避免外界環(huán)境干擾，并利用智能手機作為顯示器，通過透鏡將屏幕畫面成像在人眼3米之外，在不影響視力的情況下使用戶視覺沉浸。如SamsunggearVR還提供了加速計和陀螺儀來跟蹤頭部運動，暴風魔鏡提供了控制手柄，滿足了追蹤用戶動態(tài)，與虛擬環(huán)境進行簡單交互的要求。因此，在廉價虛擬現(xiàn)實設備席卷而來的時代背景下，高校可在教學經(jīng)費允許的情況下從虛擬現(xiàn)實眼鏡購置入手，讓學生能夠親自動手操作和體驗各種設備，感受虛擬漫游、立體顯示、沉浸效果和反饋效果，使學生更為深入地了解設備的作用以及使用方式。虛擬現(xiàn)實眼鏡設備在教學中的應用可以使虛擬現(xiàn)實教學局限在數(shù)字化模型階段的現(xiàn)狀有所突破，三維顯示和沉浸式虛擬現(xiàn)實技術為工業(yè)設計專業(yè)設計開發(fā)和評價產(chǎn)品提供了更為高效、便捷的方式。

2.3人機交互界面

虛擬現(xiàn)實技術教學中為了達到用戶和系統(tǒng)之間更好交流互動，應教授學生具備良好的人機交互設計理念。在課程中首先要簡要介紹人機交互界面的背景、內(nèi)容和發(fā)展，然后通過典型案例介紹向?qū)W生講授研究人機界面的各種理論和方法，讓學生理解并掌握以用戶為中心的基本設計原則、順序原則、功能原則、一致性原則等人機交互界面的設計原則，熟悉人機交互界面的設計流程。

2.4虛擬現(xiàn)實開發(fā)

虛擬現(xiàn)實開發(fā)是構建產(chǎn)品使用情景、產(chǎn)品動態(tài)仿真和交互控制的關鍵部分。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)包括數(shù)字化模型搭建和虛擬交互設計兩部分。數(shù)字化模型搭建可根據(jù)三維建模課程所教授的軟件進行選用，如3DMax、Maya、Rhino、Solidworks、ProE等常用的三維軟件。虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件有Virtools、Quest3D、U－nity3d、Web3d、Vizard等常用軟件。現(xiàn)以Untiy3d為例，描述虛擬現(xiàn)實開發(fā)授課流程。課程可分為軟件編輯器結構、GUI界面、控制腳本、虛擬環(huán)境元素、物理引擎、輸入與控制（包括鍵盤鼠標事件、模型與動畫和GL圖庫等）、持久化數(shù)據(jù)和多媒體8個部分。虛擬現(xiàn)實開發(fā)部分課程以校企項目案例教學方式進行，向?qū)W生展示案例從最初的方案構建到最終發(fā)布的完整流程，將課程知識穿插在案例制作的流程之中。在此需要注意的是，

（1）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)是建立在學生了解掌握程序設計的基礎之上，因此在虛擬現(xiàn)實課程的控制腳本部分，應教授學生掌握c#或java等編程語言；

（2）虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)的應用性很強，通過項目實踐驅(qū)動虛擬現(xiàn)實課程的學習能及時鞏固所教授的知識，讓學生通過實踐加深對相關原理的理解和運用，因此應當在學生有基礎的建模和編程能力時開始穿插小型實踐課題讓學生完成，并在虛擬交互硬件設備上體驗自己完成的項目內(nèi)容，及時得到反饋以促進學習。虛擬現(xiàn)實開發(fā)環(huán)節(jié)有效地實現(xiàn)了產(chǎn)品的仿真演示和動態(tài)交互控制，滿足了產(chǎn)品設計方案對使用情境、用戶心理、人機尺度以及虛擬裝配等的分析評價需求。

2.5項目實踐

這一環(huán)節(jié)，要求學生利用虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺和交互設備完成一個完整的，涉及產(chǎn)品虛擬仿真演示和產(chǎn)品虛擬評價系統(tǒng)的項目。通過準備多個產(chǎn)品設計方向供學生自由選擇，按照所選課題的不同分成相應的組別，在規(guī)定的時間內(nèi)完成整個項目的開發(fā)，并通過答辯的形式進行發(fā)布，期間教師針對學生所做項目和課程重點內(nèi)容進行提問，并給出建議督促學生修改和完善。

3結語

通過研究工業(yè)設計專業(yè)虛擬現(xiàn)實教學現(xiàn)狀，提出虛擬現(xiàn)實教學改革的2個要點，即虛擬現(xiàn)實教學應突破桌面式虛擬現(xiàn)實教學，在數(shù)字化建模的基礎上實現(xiàn)立體顯示和沉浸感；虛擬現(xiàn)實教學應構建產(chǎn)品虛擬環(huán)境、實現(xiàn)產(chǎn)品動態(tài)仿真和交互控制。針對2個要點構建新的課程體系，在以實踐驅(qū)動課程開展的基礎上，將課程分為循序漸進的5個部分進行，其中虛擬現(xiàn)實硬件設備和虛擬現(xiàn)實開發(fā)是改革的重心，使虛擬現(xiàn)實技術課程更加適合工業(yè)設計專業(yè)對產(chǎn)品沉浸式展示和交互式控制的需求。此外，隨著經(jīng)濟、科技和文化的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術在突飛猛進，工業(yè)設計的需求和內(nèi)容也在不斷變化，虛擬現(xiàn)實技術課程內(nèi)容和課程設置理應隨之不斷變化和改進。

作者：林敬亭 范文潔 單位：華僑大學