一.背景介紹
?????一般而言，教學(xué)既要讓學(xué)生理論理解充足，也要實踐達到基本的要求。在學(xué)習(xí)中，自己實踐一番是才是最直接獲取經(jīng)驗的途徑。
然而，在教學(xué)的實際過程中，因為場地有限，設(shè)備老化，資金不足，受訓(xùn)人數(shù)過多等受限因素，學(xué)生的培訓(xùn)往往達不到理想的效果。培訓(xùn)也是一種服務(wù)，提供一種在學(xué)生實戰(zhàn)之前就能獲取實用經(jīng)驗的途徑。日常生活中，無論是工作還是學(xué)習(xí)，人們?yōu)榱颂岣咦约旱哪芰?，總會通過一兩個培訓(xùn)來發(fā)展自身。
近年來，得益于前沿技術(shù)虛擬現(xiàn)實的發(fā)展，人們借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓學(xué)生在培訓(xùn)中有更好的實踐體驗。以此次的電氣虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)為例，我們根據(jù)培訓(xùn)教學(xué)的實際情況，設(shè)計了一系列虛擬培訓(xùn)的方案。
二.虛擬與培訓(xùn)的結(jié)合
????本次系統(tǒng)以VR設(shè)備HTC vive實現(xiàn)虛擬的交互，在unity3D游戲引擎平臺上開發(fā)電力培訓(xùn)的場景功能，原創(chuàng)模型主要是基于PC系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作軟件3Ds max制作。利用HTC vive頭戴式設(shè)備沉浸感好的特點，讓用戶沉浸在unity3D(以下簡稱u3d)開發(fā)的虛擬場景中，用C#腳本實現(xiàn)交互的功能。當(dāng)用戶戴上HTC vive頭戴顯示器，進入電力培訓(xùn)的虛擬場景，HTC vive的基站會定位到用戶的頭盔和手柄的位置，捕捉到用戶的交互設(shè)備的運動。
? ? 以往的培訓(xùn)系統(tǒng)是平面的屏幕，但現(xiàn)在用戶可通過HTC vive頭戴式顯示器360度觀看虛擬的培訓(xùn)場景，從一個二維的視角延伸到三維的視角。如果有多個場景，那么就可以在多個場景中變換。在每個場景，都能自在的漫游，身歷其境的觀看不同風(fēng)景。
在現(xiàn)實培訓(xùn)中，學(xué)生會用到各種工具完成各種指標。在虛擬培訓(xùn)場景中也是一樣，與學(xué)生交互的是各種生動形象，立體感突出，能表現(xiàn)細微細節(jié)的模型，比如培訓(xùn)過程中的各種工具，建筑等。把虛擬設(shè)備的手柄比作電腦的鼠標，學(xué)生用手柄可以拿起教學(xué)用到的模型，根據(jù)提示進行各種操作。
在此次虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)中，除了虛擬培訓(xùn)的操作，還加了各種虛擬界面引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)。
三.虛擬交互設(shè)計
以此次虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)為例
1.虛擬場景設(shè)計
? ? 此次虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬場景主要由專業(yè)跨平臺游戲開發(fā)及虛擬現(xiàn)實引擎unity設(shè)計。在unity5設(shè)計了基于物理的陰影、實時全局光照明和反射探頭等圖形功能的虛擬仿真場景。為達到真實場景的效果，模型按照真實比例制作，精度高到可以近距離觀看每個細節(jié)。天空設(shè)計了晴朗，夜晚，傍晚等不同時間變化。光照為日常平行光。
2.模型制作
? ? 虛擬場景的原創(chuàng)模型有跌落式熔斷器，臺架變壓器等，主要是使用solidworks/3dsMax按照現(xiàn)實比例制作。每個小零件的精度都能達到拆開細分和組裝的效果。為了達到真實的效果，模型的制作還包括模型的貼圖，渲染，烘焙等步驟。在虛擬場景，學(xué)生甚至可以分辨出這個工具模型的材質(zhì)是金屬還是木材。
3.功能交互
利用在unity的asset store下載的steamVR和VRTK插件，在unity的場景為HTC vive的交互實現(xiàn)功能。經(jīng)過腳本的處理，學(xué)生可以在虛擬場景中漫游和瞬移，一個方塊可以撿起和拋擲，一個高壓電架可以攀爬和升降，不同的場景可以傳送，一個虛擬菜單界面可以彈出不同的文字提示和視頻。
4.UI設(shè)計
? ? 虛擬場景UI的設(shè)計采用unity自帶的UGUI框架設(shè)計。UGUI功能強大，基本能滿足UI交互。利用UGUI的各種組件，設(shè)計一個導(dǎo)航菜單，引導(dǎo)用戶上手；設(shè)計各種提示信息，介紹培訓(xùn)內(nèi)容和提示培訓(xùn)操作。當(dāng)UI進行交互的時候，UI會出現(xiàn)動畫，高亮提示等互動。在虛擬場景中，UI菜單的按鈕會事先綁定好不同觸發(fā)事件。當(dāng)HTC vive手柄觸碰或射線與UI進行交互，按下虛擬設(shè)備手柄的不同按鈕就能觸發(fā)事件。
5.粒子系統(tǒng)設(shè)計
粒子系統(tǒng)的設(shè)計有火花，濃煙，爆炸等特效。在虛擬場景中，粒子系統(tǒng)虛擬在實操過程中的各種事故發(fā)生效果，比如漏電的火花，短路燒焦的濃煙等。除此之外，還能虛擬下雨，下雪等戶外天氣情。
四.虛擬教學(xué)的沉浸
學(xué)生的虛擬教學(xué)交互比傳統(tǒng)的課堂式上課更能及時反饋出問題。相比教課書里面羞澀難懂的文字描述和需要考驗學(xué)生想象力的平面圖，虛擬真實的場景更能直觀的表達教學(xué)內(nèi)容和傳遞更多的信息內(nèi)容。
在虛擬場景中，不受時間和空間的限制，也不存在高耗材的問題。實踐出真知，虛擬培訓(xùn)降低學(xué)習(xí)成本，也降低了培訓(xùn)的風(fēng)險。在未來，不僅有幻想的虛擬，也有真實的虛擬，虛擬教學(xué)應(yīng)該會更有沉浸感。
