虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)成職校發(fā)展新風(fēng)向，積木易搭助力職校打造互動(dòng)式、沉浸式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室

當(dāng)前，我國(guó)對(duì)職業(yè)教育質(zhì)量的重視程度越來(lái)越高，支持力度也越來(lái)越大。教育部等先后發(fā)布了《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動(dòng)計(jì)劃（2020—2023年）》 等文件，要求各地高等職業(yè)院校要優(yōu)化職業(yè)教育發(fā)展環(huán)境，探索產(chǎn)教融合、校企合作等方式，利用現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革，建立示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，大幅提升職業(yè)院校教育數(shù)字化、現(xiàn)代化水平。

虛擬仿真教學(xué)，是指在利用仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及數(shù)字化教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)課程進(jìn)行仿真化模擬教學(xué)。虛擬仿真教學(xué)的本質(zhì)，是以學(xué)科規(guī)律為基底，通過(guò)虛擬仿真實(shí)體，通過(guò)不同流程、工藝和操作產(chǎn)生不同結(jié)果，形成信息化、沉浸式、交互式的數(shù)字化教學(xué)。

對(duì)于一些特殊的職業(yè)技能培訓(xùn)課程，特別是現(xiàn)場(chǎng)感較強(qiáng)的學(xué)科，如電氣、機(jī)械、熱動(dòng)等的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，這些學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)通常存在實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)高、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材昂貴、實(shí)驗(yàn)受時(shí)空限制等因素影響，容易導(dǎo)致學(xué)生實(shí)操機(jī)會(huì)少，實(shí)操技能掌握不牢的現(xiàn)象。而通過(guò)用虛擬模擬現(xiàn)實(shí)規(guī)律原理的虛擬仿真教學(xué)方式，具有情境性、交互性、開放性和共享性的特征，不受時(shí)間和空間限制，學(xué)生可反復(fù)進(jìn)行操作練習(xí)，一方面降低了教學(xué)成本，提高了教學(xué)資源利用率，另一方面也能提高教學(xué)質(zhì)量，為社會(huì)輸送優(yōu)質(zhì)的職業(yè)技術(shù)人才。

因此，對(duì)于各職業(yè)院校而言，緊跟時(shí)下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)實(shí)踐的教學(xué)需求和企業(yè)的用人需求，打造虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)室迫在眉睫。

國(guó)內(nèi)全棧式3D數(shù)字化解決方案提供商積木易搭為各職業(yè)院校提供職校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)解決方案，其打造的職校虛擬仿真教育實(shí)訓(xùn)室軟硬件一體化操作，支持多種3D技術(shù)路線及云渲染、端渲染、云端協(xié)同渲染，沉浸感強(qiáng)、交互豐富，同時(shí)兼具單人、多人、分角色實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)考核等功能，賦能職校提升教學(xué)質(zhì)量，為社會(huì)輸送優(yōu)質(zhì)技術(shù)型人才。

高精度3D建模，對(duì)教學(xué)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備進(jìn)行仿真模擬，提升場(chǎng)地設(shè)備認(rèn)知

虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)室的搭建離不開對(duì)線下實(shí)操課程內(nèi)容的還原，因此也自然少不了對(duì)課程現(xiàn)實(shí)教學(xué)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備等的仿真模擬。

為了讓學(xué)生有親臨現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)的真實(shí)感，且能夠在一個(gè)安全的環(huán)境中接受培訓(xùn)，積木易搭對(duì)類似工廠廠房、車間、產(chǎn)線及相關(guān)設(shè)備等實(shí)訓(xùn)課程關(guān)鍵要素進(jìn)行1:1還原數(shù)字化建模。針對(duì)實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備等單體物品，積木易搭采用高精度掃描設(shè)備(最高精度可達(dá)0.01mm)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的1:1還原；針對(duì)實(shí)訓(xùn)環(huán)境等三維虛擬場(chǎng)景區(qū)域，積木易搭則利用測(cè)量測(cè)繪、遙感航拍等方式進(jìn)行三維建模。

通過(guò)高精度3D建模，高度還原線下實(shí)際實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備，讓原本具有一定危險(xiǎn)性、實(shí)操高度依賴現(xiàn)實(shí)環(huán)境的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在三維空間進(jìn)行逼真呈現(xiàn)，學(xué)生能夠在仿真系統(tǒng)中沉浸式學(xué)習(xí)，收獲實(shí)訓(xùn)知識(shí)，打牢實(shí)踐技能基礎(chǔ)。比如通過(guò)在工廠中自由行走、瀏覽，了解生產(chǎn)車間的構(gòu)造布局、工藝流程、設(shè)備詳細(xì)信息等。

結(jié)合虛擬仿真技術(shù)特征與實(shí)訓(xùn)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在開發(fā)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的過(guò)程中，積木易搭利用虛擬世界的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)訓(xùn)實(shí)際應(yīng)用來(lái)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。在虛擬世界中，實(shí)驗(yàn)空間無(wú)限，狀態(tài)穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)誤差可控，從而讓復(fù)雜繁瑣的實(shí)訓(xùn)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程、小心翼翼地實(shí)際操作變得可重復(fù)、容錯(cuò)率高，大大提高學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效率。

此外，利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的方式，能讓實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)不再受到場(chǎng)地和時(shí)間的束縛，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)隨時(shí)隨地可以進(jìn)行。除了課堂訓(xùn)練，學(xué)生還可以利用課余時(shí)間進(jìn)行反復(fù)研究與操練，高效便捷。

3.支持多種3D技術(shù)路線，搭配VR/AR設(shè)備，體驗(yàn)生產(chǎn)全流程虛擬實(shí)操，安全可靠

職業(yè)院校的職業(yè)技能培訓(xùn)，專業(yè)性要求高。因此，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于實(shí)訓(xùn)基地的專業(yè)性要求也非常高。積木易搭為職業(yè)院校打造的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室搭配VR設(shè)備，VR設(shè)備可以從聲音、視覺、氛圍等多維度對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行立體化呈現(xiàn)，結(jié)合多人同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容全流程實(shí)操，讓學(xué)員有充分的實(shí)操鍛煉機(jī)會(huì)。

同時(shí)，積木易搭打造的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室支持Unreal Engine、Unity3d、WebGL等各種技術(shù)開發(fā)，支持以APP、PC軟件系統(tǒng)、小程序H5等各種承載方式來(lái)對(duì)仿真實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、流程等進(jìn)行承載。除了能夠滿足VR設(shè)備應(yīng)用之外，還支持AR、全息、大屏、手機(jī)等各種終端應(yīng)用場(chǎng)景展示，打破硬件環(huán)境約束，方便隨時(shí)隨地實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

實(shí)訓(xùn)考評(píng)管理，查漏補(bǔ)缺，進(jìn)一步鞏固教學(xué)質(zhì)量

除了模擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，積木易搭打造的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室方案還配有學(xué)員實(shí)訓(xùn)考評(píng)管理，在實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)之上建立考核機(jī)制。一方面，老師可通過(guò)學(xué)生的考核結(jié)果，針對(duì)實(shí)訓(xùn)重難點(diǎn)、學(xué)生操作集中錯(cuò)誤點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)培訓(xùn)；另一方面，學(xué)生能夠通過(guò)考評(píng)來(lái)檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，查漏補(bǔ)缺，進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容。

5.支持云渲染、端渲染、云端協(xié)同渲染三種技術(shù)，滿足各層次虛擬仿真實(shí)訓(xùn)用戶體驗(yàn)

渲染計(jì)算是獲得沉浸式視覺以及更自然的人機(jī)交互應(yīng)用的關(guān)鍵。積木易搭基于云渲染、云端協(xié)同渲染、端渲染三種技術(shù)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容即時(shí)進(jìn)行視覺、聽覺、觸覺、運(yùn)動(dòng)感融合的感知交互，畫面實(shí)時(shí)傳輸，畫質(zhì)清晰，并具有高沉浸感、高逼真性，整個(gè)操作過(guò)程可監(jiān)控，教師隨時(shí)了解每位學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過(guò)程及問(wèn)題。最終能夠滿足各種層次虛擬仿真實(shí)訓(xùn)用戶的體驗(yàn)。

以積木易搭為某職業(yè)院校搭建的地鐵站運(yùn)行監(jiān)控仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為例，利用計(jì)算機(jī)3D和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)建立大型地鐵車站的運(yùn)行監(jiān)控虛擬仿真系統(tǒng)，解決地鐵運(yùn)行監(jiān)控的實(shí)訓(xùn)問(wèn)題，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)能力。

（積木易搭大型地鐵車站運(yùn)行監(jiān)控虛擬仿真系統(tǒng)）

該地鐵車站運(yùn)行監(jiān)控虛擬仿真系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)典型地鐵站臺(tái)的全部場(chǎng)景，包括站臺(tái)全場(chǎng)景、站臺(tái)設(shè)備、路軌、列車、接觸網(wǎng)等，1:1真實(shí)還原地鐵站臺(tái)的整體構(gòu)造；而在監(jiān)控系統(tǒng)層面，設(shè)置了站臺(tái)監(jiān)控跟設(shè)備監(jiān)控兩個(gè)層級(jí)，監(jiān)控內(nèi)容包括售票機(jī)、閘機(jī)、客服中心等，最終構(gòu)建一個(gè)包含了完整的內(nèi)部邏輯控制關(guān)系的地鐵站運(yùn)行系統(tǒng)。通過(guò)VR設(shè)備、大屏幕投影等，能夠讓學(xué)生們或獨(dú)立認(rèn)知設(shè)備，或多人聯(lián)合進(jìn)行列車進(jìn)站的多角色虛擬實(shí)訓(xùn)，更好地熟悉理解地鐵站臺(tái)的運(yùn)行操作，提升專業(yè)技能。

（虛擬地鐵站臺(tái)內(nèi)可交互操作）

整個(gè)地鐵站臺(tái)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)功能包括站臺(tái)的3D顯示，即站臺(tái)的場(chǎng)景鏡頭可以通過(guò)鼠標(biāo)操作自由旋轉(zhuǎn)、拉遠(yuǎn)、推近，并用動(dòng)畫方式展示列車進(jìn)出站的整個(gè)過(guò)程；站臺(tái)的場(chǎng)景漫游功能，即在3D場(chǎng)景中，瀏覽者可以以第一人稱方式在場(chǎng)景中行走，對(duì)站臺(tái)整個(gè)全景進(jìn)行瀏覽；地鐵基礎(chǔ)設(shè)備、運(yùn)行監(jiān)控認(rèn)知，建立地鐵站各設(shè)備的3D模型，并融入地鐵運(yùn)行控制原理進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，學(xué)員通過(guò)交互式鼠標(biāo)點(diǎn)選操作，即可查看地鐵站內(nèi)對(duì)應(yīng)的設(shè)備并進(jìn)行對(duì)應(yīng)控制功能的交互操作。

（可模擬查看設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)）

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有易操作性、專業(yè)性、開放性、可維護(hù)性、擴(kuò)展性等特征。

當(dāng)前，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式是職校在降本增效的基礎(chǔ)上，注重教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用，打造實(shí)訓(xùn)教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“新范式”。積木易搭職業(yè)院校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室解決方案為各職業(yè)院校打造3D數(shù)字化“新課堂”，助力其智慧校園建設(shè)及數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

審核編輯黃宇