虛擬現實技術在數控技術的應用

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陜西科技大學鎬京學院楊曉妍科學技術的發展，為教育行業的發展帶來了一定的推動力，教學理念和教學方式也在隨著變化，不斷進行優化升級，完善教學體系和教學結構。與多媒體技術相同，虛擬現實技術也在加大和教育行業的融合力度，推動教育方式和教育理念的優化升級，提高教學質量。虛擬現實技術的出現為人機交互場景的實現創造了優良的條件，同樣也能夠解決實際操作過程中出現的難題和問題，為工程大規模數據的監測和操控提供了便利。目前該技術廣泛運用于航空航天、軍事培訓、教育教學等領域，突破了時間、地點的束縛，依靠計算機操控儀器設備，模擬工作環境和工作狀態，推動數控技術教育教學體系和結構的發展和完善。

虛擬現實技術的特征

1.沉浸性使用者能夠通過虛擬現實系統營造的虛擬環境增強自身的現實體驗感，通過以自身為主角的方式獲得沉浸感受。虛擬現實技術是依靠計算機技術，結合人類實際的生理心理方面狀況，構建與現實生活相統一的虛擬環境。使用者通過互聯網技術儀器設備的連接，使自己置身于創設的虛擬場景中，根據自身的需要和實際喜好選擇交互對象，進行模擬實踐，獲取與實際社會相同的體驗感，增加用戶的實際經驗。2.交互性交互性主要是指用戶在虛擬現實系統創設的模擬環境中，對于物體對象的操作程度以及反饋程度的概述。在虛擬現實系統創設的模擬環境中，用戶與物體對象的互動交流與現實環境十分相同，與物體對象交互的手段除了計算機的相關軟件設備，同樣還可以運用特殊的傳感設備完成二者的互動交流。3.多感知性虛擬現實系統中為了實現和對象的互動交流，在選擇傳統的視覺、聽覺的感知系統基礎上，同樣也增加了觸覺、力覺等方面的感知系統，一些儀器設備甚至能通過味覺獲取經驗感受的相互傳遞。另外，虛擬現實系統中也配備了能夠收獲相應感知系統的儀器設備，為使用者提供和實際社會相同的體驗感。4.構想性構想性主要是指虛擬現實系統中能夠根據個人的喜好以及認知范圍，構建獨特的虛擬空間，不僅能夠對人們日常生活的場景進行復刻，同樣也能夠根據用戶的個人需求創造出非自然現象存在的主觀場景。這也就意味著，通過虛擬現實空間不僅能夠將現實生活融入到虛擬場景內，同樣也能夠運用虛擬場景將不存在的空間變為客觀情景。

虛擬現實系統在教學中應用的意義

1.打破時間和空間的限制，開創全新的學習環境在虛擬現實系統中，操作者能夠通過系統創造的虛擬環境進行儀器設備的操作，突破時間和地點的束縛，在操作的過程中能夠獲得相同的體驗感。學生能夠通過虛擬現實系統，加大對儀器設備的了解和掌握，通過觀察和研究，學生能夠進入到不同的虛擬環境中進行儀器的模擬操作和設備零件的制作，突破了空間的束縛。另外也能夠通過虛擬現實系統彌補現實生活中操作的不足，對于一些需要長期觀察才能得出結論的步驟環節，通過虛擬現實系統能夠節省一定的時間，增加時間的靈活性，突破時間的限制。例如，某些現象形成的時間大約在百年左右，這時可以通過虛擬現實系統將現象更加直觀生動地呈現給學生。除此之外，學生也能夠運用該系統加強對于設備制造過程的理解和掌握，在系統操作的過程中提高自身的操作實力和操作水平，增強學生的實踐體驗感。因此，虛擬現實系統也能夠為學生營造良好的學習環境和學習氛圍，幫助學生建立良好的學習習慣，提高學生學習質量。2.對教學內容進行全方位、多角度的展示，豐富教學內容虛擬現實技術在教育領域的運用能夠延伸和拓展教學資源和教學內容，除此之外，虛擬現實系統還能夠突破空間的束縛，提高實踐的課程比例，降低實踐過程中的危險系數，學生通過虛擬現實技術能夠對學習內容進行不斷反復的練習和操作。另外，虛擬現實技術也能夠將復雜抽象的學習內容轉變為更加生動直觀的形象呈現給學生，降低理解的難度，加深學生的直觀印象，通過創設相關的虛擬場景，增加學生的實踐機會和實踐途徑，提高學生的理解能力和操作能力，豐富教學內容，提高教學質量。3.營造了開放式的學習模式，改變了傳統的課堂虛擬現實技術在教育中的應用能夠有效地解決教科書帶來的弊端。使用者能夠根據自己喜好運用虛擬現實技術選擇適合自己的學習內容進行學習，同樣也能夠在網絡上選擇合適的學習資源，突破空間的限制，營造開放式的學習環境和學習方式。充分尊重學生的主體地位，激發學生主動探索的熱情和興趣，鍛煉學生的創新能力和創新思維。通過對知識的摸索和研究，激發學生學習的主動性，提高學習的質量和水平。4.能夠實現虛擬的生產或者實驗，節約了教育成本作為教育系統的重要內容，實踐在整個學習過程中具有重要的地位，實踐的過程必然需要相關的設備和材料。由于保證實驗安全性的需要，許多實驗設備和材料都是一次性的，這在一定程度上會給學校帶來經濟負擔。運用虛擬現實技術模擬實驗，不但能夠減少對于材料資源的浪費，同樣能夠減輕在實驗器材等方面的投入，降低實驗的風險，保證實驗的安全。除此之外，運用虛擬現實系統能夠解決實驗器材資源不足的情況，減少在實驗過程中給儀器設備帶來的損耗，大大降低了教育成本。

虛擬現實技術在數控技術教學中的應用

1.在立體展示數控教學儀器設備、產品加工中的應用在以往的教學環境中，對于相關數控教學儀器設備的熟悉和掌握，學生只能通過視力觀察或者課本查閱來獲得相關信息，在這種情況下，實現現場教學不但要消耗相應的資金成本，同樣也不利于激發學生的想象力和創造力，阻礙教學質量的提高。要想解決上述弊端，可以選擇運用虛擬現實技術來將數控教學儀器設備進行立體展示，加深學生的直觀印象。比如，在建模的過程中運用ProE，將各種儀器設備轉變成三維立體形象，將其存放在特定的虛擬環境中。無論是誰都能通過觀察虛擬環境中的虛擬儀器，獲取到所需資料，能夠在一定程度上推動教學質量和教學水平的提升。通過在產品加工中的應用，展現虛擬現實技術的特點和優勢，推動數控技術教學和虛擬現實技術的有機結合。2.軟件仿真應用于數控理論教學理論知識的掌握直接關系到數控深入學習的質量。與其他學科相比，數控的技術性和邏輯性較強，要想提高學生對于數控理論學習的了解和掌握程度，可以將軟件仿真技術融入到教學活動中。作為重要的教學方式和教學資源，軟件仿真在教學的過程中能夠為學生提供圖文并茂的學習內容，激發學生學習的熱情和興趣，吸引學生的注意力，為教學質量的提高創造優良的條件。積極推動虛擬技術與互聯網進行有效結合，將復雜抽象的數控理論知識轉變為生動具體的圖文形象呈現給學生。虛擬現實技術的應用突破了時間和空間的束縛，為學生營造了良好的學習環境和學習氛圍，有利于幫助學生養成良好的學習習慣，學生的主體地位得到充分尊重，增強了參與者和虛擬環境的溝通和配合，提高了學生通過周圍環境獲取信息的能力和水平。與傳統數控理論教學模式相比，軟件仿真技術的自主性能較強，學生和虛擬環境二者能夠相互補充、相互進步，延伸和拓展學生的知識儲備和知識體系，提高了學生的觀察能力和信息獲取能力，完善學生的科學素養，滿足學生學習和成長的實際需要。例如，學生在學習G代碼編程的相關內容時，在教師講解的過程中，學生就能夠依靠軟件仿真來進行同步編程，在基礎編程完成之后利用相關軟件進行及時的驗證，獲取到相關的運行數據和運行體系，根據自身需要及時修改系統的參數。通過這種方式，不但提高了學生學習的自主性，同樣也加深了學生對所學知識的直觀印象。對于剛接觸數控理論學習的學生來講，對相關的儀器設備充滿了好奇，但是又不知曉儀器操縱的方法和手段。教師在對相關內容進行講解的過程中并不能夠讓學生完全掌握相關的理論知識，滿足不了學生的需求，長此以往，不利于激發學生的學習和興趣，阻礙了學習效果的提高。在教學的過程中運用仿真軟件能夠有效解決上述問題，在對相關步驟進行講解的過程中，學生也能夠運用仿真軟件與教師講解進行同步，提高學生的操作水平，推動教學質量和教學水平的提升。3.在數控加工與編程等實踐課程中的應用由于數控機床資源不足，學生在學習的過程中并不能夠實現人手一臺機床。將仿真技術運用到數控學習中可以有效解決上述學習中的問題，不但能夠提高學生對于機床的了解和掌握，同樣也能夠讓學生在模擬操作的過程中提高自身的實踐技能。學生通過仿真軟件進行學習和操作，不但能夠減少資源和成本的投入，同樣也能提高學習的趣味性，為學生營造良好的環境和氛圍。技術的熟練和掌握需要學生通過多次的訓練來獲取，在傳統模式下的教學活動中，學生在練習的過程中必然會給機床設備帶來相應的損耗，利用軟件可以根據學生實際情況進行協調和調整，在提高學生操作技能的同時，有效解決了上述問題。例如，學生在剛接觸機床操作時，由于對相關的儀器設備的了解并不通透，在操作的過程中時常會發生問題和事故，必然會給儀器設備帶來相關的損耗和破壞。另外，在加工過程中也會造成材料的消耗，學生在操作的過程中經常使用鋁料的高速鋼刀作為操作設備，市面上高速鋼刀的價格根據材料的不同存在著差異。學生在掌握技能的過程中必然會對鋼刀帶來一定的損耗和破壞，在一定程度上也會造成資源的消耗。為了節約學校成本，許多高校的數控實踐課程比例并不協調。運用虛擬仿真技術就能夠有效解決這一難題，但這并不意味著虛擬仿真技術就要完全取代學生的動手實踐操作，而是通過二者的有機結合，產生共同推力。學生在借助虛擬仿真技術的過程中提高自身的操作實力，加深對所學知識的直觀印象，彌補了傳統教學方式的不足，充分發揮二者的有效作用。4.在虛擬仿真教學與實際生產加工中的應用數控仿真技術能夠應用在數控機床模型方式的操作過程中，這種體系下該教學系統能夠單獨運行。在這個過程中能夠依靠計算機設備，通過仿真面板對機床操控進行模擬運轉，相關的零件制作的過程和步驟也能夠通過三維的形象如實的展現。除此之外，該教學體系也能夠運用在數控機床的工作方式中，依靠互聯網技術將操作系統與實際的機床設備進行連接，借助計算機技術將零件的制作過程模擬展現出來，操作者再通過仿真面板進行零件制作的控制。因此，數控仿真教學系統擁有詳細的數據和圖形支撐，操作者在運用的過程中能夠在虛擬的環境中如實完成機床操作，提高觀察的便利性，減少操作誤差，實現與Nc程序的有機結合，推動UG、ProE等軟件技術的發展。5.利用虛擬現實技術實現的數控加工仿真教學系統隨著虛擬現實技術和計算機的有效結合，產生了在操作的過程中能夠根據實際需要來模擬加工的環境以及狀態的計算機加工仿真體系。這主要是依靠某一特定系統，結合計算機的相關技術，通過操作者的線上操作，實現零件由設計到制作整個過程的演示畫面。在進行仿真機床操作的過程中，必然會經歷毛坯定義、壓板安裝、刀具安裝、手動操作機床等過程和環節。虛擬數控加工仿真體系和教學系統能夠完全復制零件制作和機床操作的全過程，提高監督和管理的便捷性，減少誤差的出現，通過提供與實際工作狀態相同的操作面板，實現儀器的操作調整和監控。學習者在虛擬數控加工仿真系統構建的虛擬環境中，即便不到現場也能夠獲得相同的操作體驗感，不用擔心儀器設備的損耗和破壞，進行反復多次的練習操作技能和操作方法，這其中就包括補償量的標準、操作要求、程序編輯和修改等相關內容。另外，由于損耗的成本較低，能夠有效解決學習過程中機床資源不足的問題，增加學生的實踐機會和實踐途徑，為數控技術教學的發展奠定良好的基礎。

結語

綜上所述，隨著經濟的發展和社會的進步，虛擬現實技術已得到廣泛關注，將其與數控教學進行有效結合，構建虛擬的教學環境和操作儀器，突破時間和地點的束縛，學生能夠更加直觀生動地操作儀器設備，避免設備損耗帶來的學習阻礙，提高學生的學習質量和學習成果。同樣隨著互聯網技術的發展，將虛擬現實系統與數控技術教學實踐進行有效結合，在提高我國數控技術教學質量和水平方面發揮著重要的作用，能夠提高人才的質量和水平，推動我國數控技術教學事業的發展。與此同時，二者的有機結合也能夠推動二者優化升級，“取其精華、去其糟粕”，產生教育合力，為學生實踐技能的提高創造優良的條件。

作者：楊曉妍 單位：陜西科技大學鎬京學院