摘 要

本文基于虚拟及增强现实技术，进行智能轻工装备的机构教学系统的设计构建，所得结果对于虚拟现实技术教学体系构建具有重要的指导意义。

论文首先介绍论文研究的背景，国内外已经都在着手将虚拟现实技术带入教学流程以提高教学质量及学习效率。然后教学流程采用带式传输机为例，系统性阐述智能轻工装备的机构知识框架，讲解带式传输机的组成及机架的选取，通过三维建模仿真将带式传输机借由虚拟现实技术放置在虚拟空间中，应用谷歌虚拟现实套件实现了学生通过虚拟现实设备在虚拟环境对带式传输机进行装配及拆卸，从而将机构理论知识与实践相结合。

研究结果表明：通过采用虚拟现实技术构建智能轻工装备教学体系可极大提高学生学习效率及主观能动性。

关键词：虚拟现实技术；教学设计；智能轻工装备；机构

Abstract

Based on the virtual and augmented reality technology, this paper designs and constructs the institutional teaching system of intelligent light industrial equipment. The results obtained have important guiding significance for the construction of virtual reality technology teaching system.

Firstly, this paper introduces the background of the research. Virtual reality technology has been introduced into the teaching process at home and abroad to improve the teaching quality and learning efficiency. Then teaching process using tape transfer machine as an example, the systemic knowledge of intelligent light industry equipment institution framework, emphasis on the composition and the frame of transmission belt machine, through the three-dimensional modeling and simulation of transmission belt machine borrow by virtual reality technology is placed in a virtual space, Google virtual reality application suite has realized the student through virtual reality devices in a virtual environment for assembly and disassembly of transmission belt machine, which combines the agency theory knowledge and practice.

The results show that the learning efficiency and subjective initiative of students can be greatly improved by using virtual reality technology to construct the teaching system of intelligent light industrial equipment.

Key Words：virtual reality technology; Instructional design; Intelligent light industrial equipment; institutions

目录

第1章 绪论 4

1.1 课题背景 4

1.2 国内外研究现状 5

1.3 课题研究思路 7

2.1轻工智能装备的教学目的 7

2.2轻工教学知识结构组成 8

2.2.1机构原理理解 8

2.2.2平面机构的运动分析 9

2.2.3平面连杆机构及其设计 10

2.2.4齿轮机构及其设计 11

2.3虚拟现实技术教学作用 12

2.4小结 13

第三章 带式传输机的虚拟现实技术设计 14

3.1带式传输机的组成 14

3.2带式传输机的机架 16

3.2.1固定输送机架 18

3.2.2可移动输送机架 18

3.3 VR教学中选择两种机架 19

3.4 小结 20

第四章 虚拟现实教学实践设计 21

4.1 学情分析 21

4.2 轻工装备类课程教学设计 22

4.3 小结 25

第五章 具体技术实施 26

第六章 总结与发展 36

6.1 教学系统特点 36

6.2 VR教学的发展 37

参考文献 38

致 谢 39

第1章 绪论

1.1 课题背景

虚拟现实技术是将真实存在通过仿真模拟所创建出的全新的交互系统。其重点是研究三维图形学、实时分布系统、交互设计学和多媒体等多学科专业交互的技术，在医学、军事、教育、娱乐、工业制造生产上也有很重要的地位。在专业领域，VR有三种技术定义区分：虚拟现实、增强现实以及混合现实。

通过对轻工制造装备的可视化、模型化，采用AR或AR的形式将复杂抽象难以理解的机构机件运转方式直观地展现给学习者，结合具体的轻工装备工艺课程建立一套完整的虚拟现实技术教学体系，从而最大限度地提高多媒体的应用价值，增强学生对课程的学习热情，有助于学生理解记忆。而且实现资源共享，使资源信息得到有机整合。教师通过VR技术的应用，实现了远程教育，学生可以从以前的实物学习到虚拟的环境学习，突破了时间和空间的限制，提高了学生的思维想象力，丰富了学生的学习资源，突破了现实教学的局限性。

图 1 虚拟现实技术展现汽车内部

学校教学及学生学习需要更为真实的环境，虚拟现实及增强现实技术正好可以满足这一点。目前，国内轻工装备制造课堂上仍旧采用文字、图片、音视频等方式来展示构件模型及装备传动演示。当教学进行到模型或传动比较复杂的章节时，比如齿轮传动、装备装配，通过教师讲述以及PPT上的文字、图片、音视频已经很难使学生清晰地认识到这些知识点，而且学生之间的学习领会能力有所差异，教学质量也难以保证，以至于有些学生几节课下来对复杂知识概念还是一头雾水。但结合虚拟现实技术重新编撰教学流程安排，制作相应三维立体模型，学生模拟仿真轻工构件装备亲自装配学习可以改善这些缺点。不仅将相应构件装备直观化，可视化，把不易在头脑中想象的模型直接展现出来，学生可以真切感知到一般课堂教学难以体现的知识，而且真实的模型和装备装配情景更有助于学生学习理解记忆，大大提升学生的三维想象能力。

虚拟现实技术及增强现实技术可激发学生的学习热情，虚拟现实技术并不仅仅基于模型的建立，动画的制作，更在于其集视听说触觉感知于一体。仿佛置学生于真实车间一般，学生身临其境，不局限于地点时间的限制，在广阔的知识的海洋中遨游，使教学中书籍中的知识不再死板生硬，置身其中的体验和逼真的交互学习可以极大地拓展学生的理解能力，激发学习兴趣，更便利地给学生提供了近距离观察学习，亲自上手操作及同老师同学一起合作学习地机会，加快了学生知识体系地构建及认识了解地加深，有利于之后的知识点学习。以往的教学方式可能会使很多的学生无法深刻理解所学到的知识，产生厌烦乏味的心理，为了考试而学习，很多知识靠死记硬背勉强过关，不出一个月便还给了老师和书本。现在，我们可以采用虚拟现实及增强现实技术编排课程，新颖的真实操作及直观可视的教学方式会大大提高学生的学习热情，简单明了地加强学生的知识记忆，激发学习热潮。兴趣才是驱动学生学习的第一要素，是学生求学途中的不竭动力。

1.2 国内外研究现状

20世纪80年代便有研究人员将虚拟现实技术应用于教学，在2000年以后虚拟现实进课堂更是迅速得到发展和普及，作为未来2~3年解决深度学习矛盾的关键技术于2016年登入地平线报告高等教育版，也是《2017新媒体联盟中国高等教育技术展望：地平线项目区域报告》十二项教育技术的重要发展之一。当前，西方发达国家大量使用虚拟现实技术模拟仿真教学环境，开发支持的教学应用来提高学生对知识的认识深度。国内的研究则主要集中于虚拟学习资源建设、虚拟现实理论探索和虚拟仿真校园环境的建设等方面。