虚拟现实技术在培训中的应用

２０１２年２、　总第２２期　工程技术　３月　现代工业经济和信息化　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｆｅｂｒｕａｒｙ、Ｍａｒｃｈ．２０１２　Ｔｏｔａｌ　ｏｆ２２　虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用　王晋　（１．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作４５４００３；　２．晋城煤业集团郑庄矿井筹建处，山西晋城０４８２０２）　【摘要】为了改变煤矿传统落后的安全培训方式，将虚拟现实技术应用到煤矿安全培训当中，从而获得良好的　培训效果。文章主要对虚拟现实在煤矿安全培训中的应用现状和技术结构进行了简要介绍。　【关键词】虚拟现实；煤矿安全培训；关键技术；应用　【中图分类号】ＴＤ７９１　【文献标识码】Ａ　【文章编号】２０９５—０７４８（２Ｏ１　２）０３—００４６一Ｏ２　引言　目前，我国煤矿安全形势十分严峻，事故发生率较高，　探其原因主要是人为因素造成的。煤矿工作者的“违章指　挥、违章操作、违反劳动纪律”的“三违”现象发生频率非　常之高，重点是由矿工安全意识薄弱，法规、制度、措施落　实未到位等现状引起的。为了缓解这一矛盾的发生，根本上　要从教育入手，提高煤矿工作者的文化素养和风险意识。但　是现阶段煤矿员工培训方式多采用传统培训方式，即黑板板　书授课、幻灯片、录像影片等，缺乏交互性、沉浸感和构想　性，不能实现很好的培训效果，没能使矿工达到培训的目　的，产生的结果是成本不少，但效果不好。　为了解决这个培训难题，笔者将虚拟现实技术与煤矿安　全培训结合起来，研发出一套煤矿安全虚拟仿真培训系统，　为煤矿工作者营造“自主学习”、“合作学习”、“发现式　学习”、“多感知体验的沉浸式学习”的学习环境，提供身　临其境的体验，由传统的“以教促学”的培训方式代之为培　训者通过自身与虚拟世界的相互作用来获取知识、技能的新　型学习方式　，从而有效地弥补了传统培训中的缺陷，收到　了很好的培训效果。　１虚拟现实技术在煤矿安全培训中的应用现状　１．１虚拟现实技术概述　２１世纪将是虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ，简称ＶＲ）的　时代。　虚拟现实是近年来逐渐兴起的高新技术，也称灵境技　术或人工环境，它是利肘汁算机生成一种逼真三维模拟环　境，并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现　［收稿日期】２０１２一【ｌ１—２（１　［作者简介】王晋（１９８５－），男，山西晋城人，河南理工大学　工程硕士，现任晋煤集团郑庄矿井筹建处技术员，助理工程　师，研究方向：煤矿井筒快速掘进技术。　——４６——　用户与该环境直接进行自然交互的技术，从而使用户在视　觉、听觉、触觉等多种感官功能上产生一种身临其境的实时　自然体验。　它是多媒体技术发展的最高境界，是这些技术高层次的　集成和渗透，给用户以逼真的体验。ＶＲ技术是融合了数字　图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网　络以及并行处理等多个信息技术分支的最新成果，生成三维　逼真的虚拟世界，受训者带上特殊的头盔显示器、数据手　套、数据衣等传感设备，或利用鼠标、键盘等再生输入设　备，就能够进入虚拟世界，成为虚拟环境的一份子，进行实　时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临　其境的感受和体会。　目前，虚拟现实已经广泛地应用在医学手术、军事模　拟、建筑设计、航空航天、娱乐游戏等很多领域。国外，虚　拟现实技术已应用于煤矿安全培训当中，并取得了一定的发　展应用；国内，该技术仍处于初步发展阶段，有待于进一步　的研究探索。　１．２国外的研究应用现状　ＶＲ技术应用较好的是在美国、英国、澳大利亚等发达　产煤国家，其中美国应用最好，基本代表了ＶＲ技术的发　

学羁　２０１２年第２期　◆职教天地◆　浅谈虚拟技术在技能培训中的应用　张国友　王国明　（山东省寿光市技工学校　２６２７００）　摘要：本文阐述了虚拟技术在教育教学中　的应用．特别是在职业技能培训中的应用优　势　笔者以此为依据．分析了虚拟技术对培训　的重要意义　关键词：虚拟技术虚拟装配职业技能　培训　一　引言　飞速发展的计算机技术使虚拟现实技术　已经从前沿高科技敏感领域进入了教育领　域．开始为教育的各个分支服务。计算机可以　将现实的实验实习设备变成虚拟的．并利用　网络生成虚拟的实验室现实．真实、直观地表　现出众多领域的实际内容　它把创建一种全　新的教学环境．大幅度改善教学设施和条件．　提高学生学习效率变成可能　二、虚拟现实技术　虚拟现实（Ｖｉｆｌｕａｌ　Ｒｅａｌｉ￣，ＶＲ）技术是利　用计算机三维软件设计制造技术、多媒体技　术、仿真技术、网络技术等多种前沿技术，生　成高级的人机虚拟界面　操作者利用计算机　输入设备．或者外围设备，通过语言、手势进　入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并　且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象．　进而获得身临其境的感受和体验。　虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想　象力三个基本特征。在实际的教学实践中．学　习的主角是学生．我们利用虚拟技术使学生　脱离课本利用虚拟界面的信息图像进行操　作．让学生从身临其境的学习中得到真实的　知识反馈　而且．学生沉浸在虚拟空间中，感　叹超越现实的虚拟技术的同时．他们会自觉　地探索未知．积极主动地寻求问题的答案．从　而达到学习的目的。虚拟现实技术广阔的应　用前景和优越性使其在教育领域中发挥很重　要的作用　（一）虚拟实验的应用　虚拟实验是指充分利用先进的互联网或　者局域网进行各种各样的教学实验　它可以　充分调动学生的学习兴趣．不断提高实验效　果．扩展实验方法，加大实验力度，可以有效　地培养学生的创新能力　在虚拟实验中．学生　通过光标的移动．把计算机上各种虚拟仪器　按实验要求和过程组装成一个完整的实验系　统．同时再利用系统来完成整个实验操作．包　括实验原材料的添加、条件的改变、实验数据　的收集．从而进一步进行实验结果的模拟、分　析等　这样的教学模式不仅可以避免真实实　验操作带来的潜在危险．减少实验成本．还可　以有效提高学习效率　（二）在专业技能培训中的应用　现代职业教育的教与学．是传授知识和　学习知识　创造有利于技能训练的条件．发挥　学生的潜能．提高学生实践动手能力。是当前　职业培训面临的重要任务　计算机虚拟技术　的运用对目前职业培训是一个很重要的手　段。其优越性具体表现在以下几个方面：　１．合理配置资源　实习实践训练是技能培训过程中技能　训练、提升最重要的～个环节。然而．目前职　业学校的存在突出矛盾是仪器设备的更新　率远远跟不上时代发展的需要。由于培训设　施与企业的要求严重脱节．不能满足企业和　学生的需要　职业教育手段的滞后性将严重　阻碍学生能力的培养．没有物质基础谈何培　养学生的动手能力、创新能力？而借助于先　进的计算机技术——虚拟技术可以算是一　个解决问题的重要且有效的手段　由于复杂　零件或部件都是通过计算机图形软件设计　制造的．由实践者参与设计其功用。采用系　统集成式结构．将任务分解成多个模块．可　根据技能培训需要改变设计参数“生成”新　的零部件．可以扩展教学实践内容．不断更　新虚拟设备．使实践操作训练能及时跟上企　业的需求．跟上时代步伐而不至于淘汰。另　外．虚拟软件制造的设备还具有良好的集成　性、控制性和交互性．不断改进等优点　利用　虚拟现实三维技术在实习实践训练中不需　要任何实物．实践过程中使用的零件种类和　数量由建好的或不断更新的模型库提供的　优势．可为学生和教师提供很难接触到的最　先进设备、仪器的训练机会，像利用实物一　样能达到训练的目的　通过虚拟软件构建其　三维模型比实物训练更直观、更实用，而且　可以减少因在教学中经费有限．可能无法购　买先进设备而造成的遗憾　２．改善提高培训效果　在技能培训中．很多操作性要求很强的　科目，像汽车故障诊断、电路维修、发动机组　装等科目．教学中需要各种各样的汽车、发动　机进行技能训练．学生通过不断拆装、结合汽　车日常故障维修．不断强化提升学生的技能。　在培训时由于受课时、实习训练设备，以及实　习场地的制约．教师教的非常辛苦．学生学的　累且常感觉学不到真正的技术．培训效果很　不理想。而利用仿真技术在发动机的装配过　程及运动仿真实训中的优势，教师传授知识　方便、通俗易懂．学生可以轻松地进行多种发　动机的拆装实习．既直观又形象并且可重复　练习．直到真正掌握为止　这是现实实践技能　训练中很难做到的。学生全面了解了发动机　结构及装配关系．为进一步进行故障实战训练　打下坚实基础．进而激发学生自学的积极性和　成就感．提高培训效果　３．培养学生创新能力　现代职业技能培训不仅传授学生基础知　识和技能．更重要的是学生自学能力、创新能　力、分析问题能力和解决问题的能力的培养。　改变传统的培训模式．运用计算机虚拟技术．　利用学生对计算机的兴趣．逐渐改变学习的被　动局面．让学生积极参与教学、实践中．发挥年　轻人善于接受新知识、学习新事物的主动性。　像计算机虚拟技术用于虚拟教学中．系统集成　化的实验内容和实验仪器．加上开放式的虚拟　实验环境．既便于教师讲授．又能让学生自行　实验和设计实验．充分调动学生的积极性．激　发他们主动掌握和探索知识的兴趣　这样一　个全新的仿真学习情境．学生可以修改设计．　获得不同的产品，还可以设计小制作．这本身　就是一种创新能力的提高　随着科技的发展．未来将有更多的新技　术、新手段用于教育教学中．使教与学变得更　和谐、更高效。　参考文献：　ｆ１１谈虚拟现实技术在教学中的应用．信　息技术教学．　ｆ２１李会文工ｅｘｕｓ　４００型汽车发动机虚拟　装配与运动模拟的研究．湖南师范大学硕士　论文．２００８—１１－０１．　ｆ责编　闰祥）　

虚拟现实技术在教育领域中的应用

1. 虚拟实验室：学生可以在虚拟环境中进行实验，而无需实际使用真实的实验设备和材料。这为学生提供了更多的实践机会，同时减少了实验成本和风险。

2. 沉浸式学习：通过创建沉浸式虚拟环境，学生可以更深入地了解和体验各种主题，如历史事件、地理位置或科学现象。这种身临其境的学习方式有助于提高学生的学习动机和参与度。

3. 远程教育：虚拟现实技术可以用于远程教育，让学生能够与教师和其他学生进行实时互动，无论他们身处何地。这为偏远地区或行动不便的学生提供了接受优质教育的机会。

4. 技能培训：虚拟现实可以模拟各种工作场景和技能操作，帮助学生在安全的环境中进行实践和培训。这对于医疗、工程、军事等领域的专业技能培训尤为有用。

5. 教育游戏：利用虚拟现实技术创建教育游戏，可以让学生在娱乐的同时学习知识和技能。这种寓教于乐的方式能够提高学生的学习兴趣和积极性。

总的来说，虚拟现实技术为教育领域带来了创新的教学方法和学习体验。它可以提高学生的学习效果、参与度和兴趣，为教育的发展提供了新的可能性。

虚拟现实技术在教育中的应用

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是一种全新的沉浸式体验技术，可以通过头戴式显示器等设备，让用户身临其境地体验虚拟世界。在教育领域，虚拟现实技术可以带来很多创新和优势，具体如下：

1. 提供更真实的学习体验：通过虚拟现实技术，学生可以身临其境地体验学习内容，例如参观博物馆、历史场景等，可以大大提高学生的学习兴趣和参与度。

2. 提高学习效果和记忆力：虚拟现实技术可以创造更多的互动和体验，可以帮助学生更深入地理解和记忆学习内容，尤其是对于抽象、复杂的概念，通过虚拟现实技术呈现可以更加直观、生动。

3. 提供个性化学习环境：虚拟现实技术可以根据学生的不同需求和兴趣，提供个性化的学习体验和环境，例如可以根据学生的兴趣设计不同的学习场景和任务，以提高学习效果和参与度。

4. 降低实验成本和风险：在科学和技术领域，虚拟现实技术可以帮助学生在安全、低成本的情况下进行实验和研究，降低实验成本和风险，同时可以增加学生的实践经验和技能。

5. 提供远程教学和协作环境：虚拟现实技术可以帮助学生在远程地理位置进行学习和协作，例如可以利用虚拟教室、虚拟会议室等工具进行远程教学和合作，以提高学习效率和合作效果。

在实际应用中，虚拟现实技术可以应用于各种学科和领域，例如历史、地理、科学、医学等，可以帮助学生更好地理解和掌握知识和技能，提高学习效果和兴趣。同时，虚拟现实技术的发展也需要教育界和技术界的合作和努力，以不断推动虚拟现实技术在教育中的应用和创新。

除了上述优势外，虚拟现实技术还可以帮助学生培养创新思维和解决问题的能力。通过虚拟现实技术，学生可以接触到更多的现实场景和情境，可以帮助他们更好地理解现实世界，并在其中寻找问题和解决方案，培养创新和解决问题的能力。此外，虚拟现实技术还可以帮助学生开发自主学习和探究的能力，通过探索和实践，自主学习和掌握知识和技能。

虚拟现实技术在教育中的应用还面临一些挑战，例如技术成本、设备限制、内容开发等问题。同时，由于虚拟现实技术的沉浸性和逼真度，也需要考虑学生的心理健康和安全问题。因此，在使用虚拟现实技术时，需要制定合理的使用规范和指导，并保障学生的隐私和安全。