摘要:虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著交互性好、認(rèn)知性強(qiáng)、生動形象等特點，將其應(yīng)用在施工培訓(xùn)中能較好地解決一般管理人員理論知識豐富、但認(rèn)知性知識缺乏的矛盾。本文以制作電渣壓力焊施工過程模擬為例，介紹了如何應(yīng)用3Dstudiomax軟件制作簡單的虛擬現(xiàn)實作品，以及將虛擬現(xiàn)實作品應(yīng)用于施工培訓(xùn)的途徑。
　　關(guān)鍵詞：電渣壓力焊3Dstudiomax虛擬現(xiàn)實課件
　　中圖分類號：TU2，TP319，文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　
　　進(jìn)入21世紀(jì)后，計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用得越來越廣泛，傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式將面臨著變革。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以其交互性好、認(rèn)知性強(qiáng)、生動形象等特點被專家認(rèn)為是培訓(xùn)領(lǐng)域的“明星”技術(shù)，為現(xiàn)代培訓(xùn)開發(fā)界面友好、形象直觀、沉浸性強(qiáng)的交互式的培訓(xùn)環(huán)境提供了可靠保證。在施工技術(shù)日益完善和發(fā)展的今天，如何講授建筑工程施工中各主要工序的施工工藝、技術(shù)和方法,以及施工新技術(shù)、新工藝的發(fā)展及培訓(xùn)人員是否能接受、理解所培訓(xùn)的內(nèi)容是施工培訓(xùn)目前面臨的問題。本文就上述問題進(jìn)行了初步的研究，以與同行們交流、探討。
　　1虛擬現(xiàn)實技術(shù)
　　1.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
　　虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR),是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實環(huán)境的感受和體驗。
　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)出現(xiàn)后首先應(yīng)用于娛樂領(lǐng)域。但隨著計算機(jī)硬件技術(shù)、軟件應(yīng)用成本的大幅降低和技術(shù)的不斷更新，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國內(nèi)外工程設(shè)計、培訓(xùn)和通信等諸多領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用。作為一種培訓(xùn)方式，它是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的一個改革的方向。
　　2虛擬現(xiàn)實技術(shù)與土木工程施工培訓(xùn)改革
　　2.1當(dāng)前土木工程施工培訓(xùn)存在的問題
　　目前土木施工培訓(xùn)基本上是采用課堂培訓(xùn)的模式，培訓(xùn)中存在大量的施工工藝實踐知識是通過講授的方式教給培訓(xùn)人員，十分枯燥和乏味，效果不理想。
　　從目前施工培訓(xùn)教材的內(nèi)容看，傳統(tǒng)施工工藝知識非常完善，而新的施工技術(shù)、新的工藝、新的培訓(xùn)材料不能及時地反映在教材中。在實際培訓(xùn)中，為了彌補(bǔ)培訓(xùn)教材的不足，主要依靠講授人所掌握的新知識對培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和完善，而限于講授人自身水平和實踐水平，補(bǔ)充的內(nèi)容也是有限的。
　　2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在培訓(xùn)中的優(yōu)勢
　　在培訓(xùn)模式方面。目前的培訓(xùn)模式主要是以講授人為中心,這種模式的優(yōu)點是有利于講授人主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)強(qiáng)大的再現(xiàn)及交互功能，將改變傳統(tǒng)的以講授人為中心的模式，建構(gòu)一種講授人主導(dǎo)、培訓(xùn)人員主動認(rèn)知的新型模式。
　　在培訓(xùn)手段方面。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能以一種直接的信息傳遞方式，能提供圖文聲像并茂的，自主控制的人機(jī)交互的情景；還能按超文本、超鏈接方式組織管理學(xué)科知識和各種教學(xué)信息，提供生動活潑的直觀形象思維材料、展現(xiàn)不能直接觀察到的事物等，形成知識點。這有利于培訓(xùn)人員的主動發(fā)現(xiàn)、主動學(xué)習(xí)、主動探索，培訓(xùn)人員可以從思維、情感和行為三個方面參與培訓(xùn)活動。
　　3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程施工培訓(xùn)中的應(yīng)用
　　為解決傳統(tǒng)土木工程施工培訓(xùn)中的問題，我們嘗試將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在土木工程施工培訓(xùn)上，根據(jù)建筑施工方面的知識，利用3Dstudiomax虛擬現(xiàn)實軟件技術(shù)制作了部分土木工程施工培訓(xùn)課件，下面以電渣壓力焊施工工藝過程模擬為例，介紹如何應(yīng)用3Dstudiomax等軟件制作電渣壓力焊三維動畫演示課件以及三維互動式課件。
　　3.1電渣壓力焊三維動畫演示課件的制作
　　3.1.1素材收集
　　首先要熟識電渣壓力焊施工過程，在現(xiàn)場收集詳細(xì)的照片及錄像資料。一些細(xì)節(jié)上的內(nèi)容可以在照片和錄像中查找，另外，模型上的貼圖經(jīng)常還要取材于這些照片。其次要篩選關(guān)鍵構(gòu)件、工序，收集各種構(gòu)件的尺寸、數(shù)量等數(shù)據(jù)，收集各種構(gòu)件的照片以制作逼真的貼圖。根據(jù)教材理論知識和在現(xiàn)場的操作實踐，確定其關(guān)鍵施工過程為：焊割前除銹→夾具并校正鋼筋→放退火鐵絲球→裝焊劑盒→放焊劑→接通電源→操作手柄完成引弧至最后頂壓→拆焊劑盒回收焊劑，關(guān)鍵工具有電渣壓力焊焊機(jī)、焊接機(jī)頭、焊藥盒、焊藥、焊接鋼筋等。
　　3.1.2腳本制作
　　腳本的制作是整個課件虛擬現(xiàn)實過程的首要環(huán)節(jié)，也是最重要的前期準(zhǔn)備，后面開展的所有的工作，包括物體建模、旁白配音、貼圖制作、動畫調(diào)節(jié)、特別效果增加、后期編輯合成，都要以腳本為依據(jù)，滿足腳本的要求。腳本內(nèi)容的準(zhǔn)確性和完善程度將直接影響著后面課件制作的進(jìn)度和質(zhì)量。同時，腳本也是虛擬現(xiàn)實過程中的一個記錄，腳本書制作應(yīng)盡量細(xì)致和規(guī)范，便于查閱。腳本范例表格見下圖1：
　　
　　
　　3.1.3建模
　　建模就是創(chuàng)建構(gòu)件的模型。本文作品主要使用3Dmax7.0的合法試用版進(jìn)行建模及動畫制作，3Dmax是美國Autodesk公司推出的三維軟件，能做到在計算機(jī)模擬的三維空間內(nèi)制作三維模型，指定它的動作，最后生成彩色的動畫影像。3Dmax中可以使用許多不同的方法和途徑來建模型，這些方法依賴于建模的對象，可以使用內(nèi)部建模工具和各種外掛模塊或其它兼容軟件來構(gòu)建這些模型。使用3Dmax本身提供的實體造型進(jìn)行模型的構(gòu)建，是比較常用的一種方式，本文的電渣壓力焊建模制作主要是使用這種方式。圖2、圖3、圖4簡單地介紹了焊藥盒的建模過程，圖2顯示的是利用3Dmax本身的建模工具建立焊藥盒的大概形狀，圖3顯示的是利用3Dmax的編輯工具將焊藥盒大概形狀修改成與真實模型相近的具體形狀，圖4顯示的是建立好模型后對模型進(jìn)行材質(zhì)編輯以達(dá)到與真實模型相同的色彩。
　　
　　圖2利用建模工具建立焊藥盒的大概形狀
　　
　　圖3利用編輯工具修改模型
　　
　　圖4對模型進(jìn)行材質(zhì)編輯
　　3.1.4動畫制作
　　動畫是基于人的視覺原理創(chuàng)建的運(yùn)動圖像。在一定時間內(nèi)連續(xù)快速觀看一系列相關(guān)連的靜止畫面時，會感覺是連續(xù)的動作。每個單幅畫面被稱為幀。在3Dmax中，只需要創(chuàng)建記錄每個動畫序列的起始、結(jié)束和關(guān)鍵幀，關(guān)鍵幀之間的插播值由3Dmax自動計算完成，同時要按設(shè)想好從什么視角及位置觀看施工模擬過程，去設(shè)置好攝像機(jī)路線及鏡頭。動畫參數(shù)設(shè)定好后可通過渲染器來完成渲染工作，生成高質(zhì)量的動畫。圖5、圖6、圖7簡單地顯示了電渣壓力焊動畫的制作過程，圖5顯示的是各構(gòu)件的關(guān)鍵幀及時間設(shè)置，通過設(shè)置確定各個構(gòu)件相對位置、運(yùn)動方式、時間等，圖6顯示的是設(shè)置攝像機(jī)的鏡頭及運(yùn)動路線，以便從不同視角及位置觀看施工模擬過程，圖7顯示的利用3Dmax中的渲染工具將做好的格式為max的文件渲染為可供播放器播放的avi等格式的動畫文件。
　　
　　圖5各構(gòu)件的關(guān)鍵幀及時間設(shè)置
　　
　　圖6攝像機(jī)的鏡頭設(shè)置
　　
　　圖7渲染
　　3.1.5動畫課件的后期制作
　　動畫作品片段制作完畢后，是以單一的形式分別獨立存在的，各個片段需經(jīng)過增加配音、照片、剪接或者特效處理等許多工作后，再經(jīng)過渲染壓縮才能成為一部完整的作品。用于影片后期制作的軟件有很多，如Adobe的Preimere或者M(jìn)icromedia的Director等都是用來進(jìn)行影片后期制作的，本文的動畫作品后期制作主要使用SonyVegas5.0的網(wǎng)絡(luò)共享版軟件。圖8顯示的利用SonyVegas對動畫課件的后期制作。
　　
　　圖8用SonyVegas對動畫課件的后期制作
　　3.2電渣壓力焊互動式課件的制作
　　在已建3D模型基礎(chǔ)上，通過虛擬現(xiàn)實整合軟件，制作有互動功能、沉浸性更強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實作品。即利用在3Dmax中建立的柱模模型，導(dǎo)入到Virtools軟件中增加互動功能，最后輸出三維柱模安裝互動式課件，由于具體制作過程較為繁復(fù)，在此不一一列舉，圖9顯示的Virtools軟件的部分操作界面及參數(shù)設(shè)置表。制作好的互動式課件有很好的互動功能，學(xué)生通過這個課件可對電渣壓力焊進(jìn)行虛擬的具體操作及觀看學(xué)習(xí)，同時課件具有提示、糾正等功能，由此培訓(xùn)人員就能更好鞏固所學(xué)的知識。
　　
　　圖9Virtools的部分操作界面及參數(shù)設(shè)置表
　　教科書、施工手冊等對電渣壓力焊描述僅限于文字或圖片等資料，培訓(xùn)人員較難理解且教授人需要花較長的時間講解。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段制作出來的電渣壓力焊三維動畫演示課件以非常直觀形象的講解方式，讓培訓(xùn)人員能夠較好、較快地認(rèn)知與理解整個過程及其中的原理，培訓(xùn)人員可以反復(fù)收看直至完全通曉。
　　本文介紹的虛擬現(xiàn)實作品只是虛擬現(xiàn)實技術(shù)中一種簡單的運(yùn)用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門綜合性計算機(jī)技術(shù)，不僅為土木工程培訓(xùn)提供了信息化、可視化的手段，也為土木工程培訓(xùn)改革也提供了可靠的技術(shù)支持。它對土木施工傳統(tǒng)培訓(xùn)方式將產(chǎn)生深刻的影響，也將進(jìn)一步幫助土木工程培訓(xùn)人員更加有效地、更加形象地傳授知識、學(xué)習(xí)知識、創(chuàng)新知識。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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