摘要:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著交互性好、認(rèn)知性強(qiáng)、生動(dòng)形象等特點(diǎn)，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(shí)豐富、但認(rèn)知性知識(shí)缺乏的矛盾。本文以制作電渣壓力焊施工過(guò)程模擬為例，介紹了如何應(yīng)用3Dstudiomax軟件制作簡(jiǎn)單的虛擬現(xiàn)實(shí)作品，以及將虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)課件
　　中圖分類號(hào)：TU2，TP319，文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　進(jìn)入21世紀(jì)后，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式將面臨著變革。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其交互性好、認(rèn)知性強(qiáng)、生動(dòng)形象等特點(diǎn)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(shí)技術(shù)
　　1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
　　虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR),是一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說(shuō)，就是采用以計(jì)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(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸”于等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。
　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)后首先應(yīng)用于娛樂領(lǐng)域。但隨著計(jì)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(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外工程設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的一個(gè)改革的方向。
　　2虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)踐知識(shí)是通過(guò)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(shí)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(shí)地反映在教材中。在實(shí)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(shí)對(duì)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(shí)踐水平，補(bǔ)充的內(nèi)容也是有限的。
　　2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在培訓(xùn)中的優(yōu)勢(shì)
　　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(diǎn)是有利于講授人主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)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(dòng)認(rèn)知的新型模式。
　　在培訓(xùn)手段方面。虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)和各種教學(xué)信息，提供生動(dòng)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(shí)點(diǎn)。這有利于培訓(xùn)人員的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索，培訓(xùn)人員可以從思維、情感和行為三個(gè)方面參與培訓(xùn)活動(dòng)。
　　3.虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(shí)，利用3Dstudiomax虛擬現(xiàn)實(shí)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(guò)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(dòng)畫演示課件以及三維互動(dòng)式課件。
　　3.1電渣壓力焊三維動(dòng)畫演示課件的制作
　　3.1.1素材收集
　　首先要熟識(shí)電渣壓力焊施工過(guò)程，在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)和在現(xiàn)場(chǎng)的操作實(shí)踐，確定其關(guān)鍵施工過(guò)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(gè)課件虛擬現(xiàn)實(shí)過(guò)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(dòng)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(shí)，腳本也是虛擬現(xiàn)實(shí)過(guò)程中的一個(gè)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(dòng)畫制作，3Dmax是美國(guó)Autodesk公司推出的三維軟件，能做到在計(jì)算機(jī)模擬的三維空間內(nèi)制作三維模型，指定它的動(dòng)作，最后生成彩色的動(dòng)畫影像。3Dmax中可以使用許多不同的方法和途徑來(lái)建模型，這些方法依賴于建模的對(duì)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(lái)構(gòu)建這些模型。使用3Dmax本身提供的實(shí)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(jiǎn)單地介紹了焊藥盒的建模過(guò)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(shí)模型相近的具體形狀，圖4顯示的是建立好模型后對(duì)模型進(jìn)行材質(zhì)編輯以達(dá)到與真實(shí)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(duì)模型進(jìn)行材質(zhì)編輯
　　3.1.4動(dòng)畫制作
　　動(dòng)畫是基于人的視覺原理創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)圖像。在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)快速觀看一系列相關(guān)連的靜止畫面時(shí)，會(huì)感覺是連續(xù)的動(dòng)作。每個(gè)單幅畫面被稱為幀。在3Dmax中，只需要?jiǎng)?chuàng)建記錄每個(gè)動(dòng)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(dòng)計(jì)算完成，同時(shí)要按設(shè)想好從什么視角及位置觀看施工模擬過(guò)程，去設(shè)置好攝像機(jī)路線及鏡頭。動(dòng)畫參數(shù)設(shè)定好后可通過(guò)渲染器來(lái)完成渲染工作，生成高質(zhì)量的動(dòng)畫。圖5、圖6、圖7簡(jiǎn)單地顯示了電渣壓力焊動(dòng)畫的制作過(guò)程，圖5顯示的是各構(gòu)件的關(guān)鍵幀及時(shí)間設(shè)置，通過(guò)設(shè)置確定各個(gè)構(gòu)件相對(duì)位置、運(yùn)動(dòng)方式、時(shí)間等，圖6顯示的是設(shè)置攝像機(jī)的鏡頭及運(yùn)動(dòng)路線，以便從不同視角及位置觀看施工模擬過(guò)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(dòng)畫文件。
　　
　　圖5各構(gòu)件的關(guān)鍵幀及時(shí)間設(shè)置
　　
　　圖6攝像機(jī)的鏡頭設(shè)置
　　
　　圖7渲染
　　3.1.5動(dòng)畫課件的后期制作
　　動(dòng)畫作品片段制作完畢后，是以單一的形式分別獨(dú)立存在的，各個(gè)片段需經(jīng)過(guò)增加配音、照片、剪接或者特效處理等許多工作后，再經(jīng)過(guò)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(lái)進(jìn)行影片后期制作的，本文的動(dòng)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(duì)動(dòng)畫課件的后期制作。
　　
　　圖8用SonyVegas對(duì)動(dòng)畫課件的后期制作
　　3.2電渣壓力焊互動(dòng)式課件的制作
　　在已建3D模型基礎(chǔ)上，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)整合軟件，制作有互動(dòng)功能、沉浸性更強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)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(dòng)功能，最后輸出三維柱模安裝互動(dòng)式課件，由于具體制作過(guò)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(dòng)式課件有很好的互動(dòng)功能，學(xué)生通過(guò)這個(gè)課件可對(duì)電渣壓力焊進(jìn)行虛擬的具體操作及觀看學(xué)習(xí)，同時(shí)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(shí)。
　　
　　圖9Virtools的部分操作界面及參數(shù)設(shè)置表
　　教科書、施工手冊(cè)等對(duì)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(zhǎng)的時(shí)間講解。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)手段制作出來(lái)的電渣壓力焊三維動(dòng)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(gè)過(guò)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(shí)作品只是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中一種簡(jiǎn)單的運(yùn)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門綜合性計(jì)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(duì)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(shí)、學(xué)習(xí)知識(shí)、創(chuàng)新知識(shí)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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