試述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

試述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用陜西科技大學(xué)鎬京學(xué)院楊曉妍科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為教育行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一定的推動(dòng)力，教學(xué)理念和教學(xué)方式也在隨著變化，不斷進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，完善教學(xué)體系和教學(xué)結(jié)構(gòu)。與多媒體技術(shù)相同，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也在加大和教育行業(yè)的融合力度，推動(dòng)教育方式和教育理念的優(yōu)化升級(jí)，提高教學(xué)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為人機(jī)交互場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了優(yōu)良的條件，同樣也能夠解決實(shí)際操作過(guò)程中出現(xiàn)的難題和問(wèn)題，為工程大規(guī)模數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和操控提供了便利。目前該技術(shù)廣泛運(yùn)用于航空航天、軍事培訓(xùn)、教育教學(xué)等領(lǐng)域，突破了時(shí)間、地點(diǎn)的束縛，依靠計(jì)算機(jī)操控儀器設(shè)備，模擬工作環(huán)境和工作狀態(tài)，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)教育教學(xué)體系和結(jié)構(gòu)的發(fā)展和完善。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征1.沉浸性使用者能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)營(yíng)造的虛擬環(huán)境增強(qiáng)自身的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)感，通過(guò)以自身為主角的方式獲得沉浸感受。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合人類實(shí)際的生理心理方面狀況，構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)生活相統(tǒng)一的虛擬環(huán)境。使用者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)儀器設(shè)備的連接，使自己置身于創(chuàng)設(shè)的虛擬場(chǎng)景中，根據(jù)自身的需要和實(shí)際喜好選擇交互對(duì)象，進(jìn)行模擬實(shí)踐，獲取與實(shí)際社會(huì)相同的體驗(yàn)感，增加用戶的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。2.交互性交互性主要是指用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)的模擬環(huán)境中，對(duì)于物體對(duì)象的操作程度以及反饋程度的概述。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)的模擬環(huán)境中，用戶與物體對(duì)象的互動(dòng)交流與現(xiàn)實(shí)環(huán)境十分相同，與物體對(duì)象交互的手段除了計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件設(shè)備，同樣還可以運(yùn)用特殊的傳感設(shè)備完成二者的互動(dòng)交流。3.多感知性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)和對(duì)象的互動(dòng)交流，在選擇傳統(tǒng)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的感知系統(tǒng)基礎(chǔ)上，同樣也增加了觸覺(jué)、力覺(jué)等方面的感知系統(tǒng)，一些儀器設(shè)備甚至能通過(guò)味覺(jué)獲取經(jīng)驗(yàn)感受的相互傳遞。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中也配備了能夠收獲相應(yīng)感知系統(tǒng)的儀器設(shè)備，為使用者提供和實(shí)際社會(huì)相同的體驗(yàn)感。4.構(gòu)想性構(gòu)想性主要是指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中能夠根據(jù)個(gè)人的喜好以及認(rèn)知范圍，構(gòu)建獨(dú)特的虛擬空間，不僅能夠?qū)θ藗內(nèi)粘Ｉ畹膱?chǎng)景進(jìn)行復(fù)刻，同樣也能夠根據(jù)用戶的個(gè)人需求創(chuàng)造出非自然現(xiàn)象存在的主觀場(chǎng)景。這也就意味著，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)空間不僅能夠?qū)F(xiàn)實(shí)生活融入到虛擬場(chǎng)景內(nèi)，同樣也能夠運(yùn)用虛擬場(chǎng)景將不存在的空間變?yōu)榭陀^情景。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在教學(xué)中應(yīng)用的意義1.打破時(shí)間和空間的限制，開(kāi)創(chuàng)全新的學(xué)習(xí)環(huán)境在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，操作者能夠通過(guò)系統(tǒng)創(chuàng)造的虛擬環(huán)境進(jìn)行儀器設(shè)備的操作，突破時(shí)間和地點(diǎn)的束縛，在操作的過(guò)程中能夠獲得相同的體驗(yàn)感。學(xué)生能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，加大對(duì)儀器設(shè)備的了解和掌握，通過(guò)觀察和研究，學(xué)生能夠進(jìn)入到不同的虛擬環(huán)境中進(jìn)行儀器的模擬操作和設(shè)備零件的制作，突破了空間的束縛。另外也能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)生活中操作的不足，對(duì)于一些需要長(zhǎng)期觀察才能得出結(jié)論的步驟環(huán)節(jié)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠節(jié)省一定的時(shí)間，增加時(shí)間的靈活性，突破時(shí)間的限制。例如，某些現(xiàn)象形成的時(shí)間大約在百年左右，這時(shí)可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將現(xiàn)象更加直觀生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)生。除此之外，學(xué)生也能夠運(yùn)用該系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)于設(shè)備制造過(guò)程的理解和掌握，在系統(tǒng)操作的過(guò)程中提高自身的操作實(shí)力和操作水平，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)感。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也能夠?yàn)閷W(xué)生營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生建立良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。2.對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全方位、多角度的展示，豐富教學(xué)內(nèi)容虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用能夠延伸和拓展教學(xué)資源和教學(xué)內(nèi)容，除此之外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還能夠突破空間的束縛，提高實(shí)踐的課程比例，降低實(shí)踐過(guò)程中的危險(xiǎn)系數(shù)，學(xué)生通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)W(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行不斷反復(fù)的練習(xí)和操作。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也能夠?qū)?fù)雜抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)楦由鷦?dòng)直觀的形象呈現(xiàn)給學(xué)生，降低理解的難度，加深學(xué)生的直觀印象，通過(guò)創(chuàng)設(shè)相關(guān)的虛擬場(chǎng)景，增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)和實(shí)踐途徑，提高學(xué)生的理解能力和操作能力，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。3.營(yíng)造了開(kāi)放式的學(xué)習(xí)模式，改變了傳統(tǒng)的課堂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的應(yīng)用能夠有效地解決教科書帶來(lái)的弊端。使用者能夠根據(jù)自己喜好運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)選擇適合自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，同樣也能夠在網(wǎng)絡(luò)上選擇合適的學(xué)習(xí)資源，突破空間的限制，營(yíng)造開(kāi)放式的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方式。充分尊重學(xué)生的主體地位，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索的熱情和興趣，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。通過(guò)對(duì)知識(shí)的摸索和研究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量和水平。4.能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬的生產(chǎn)或者實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了教育成本作為教育系統(tǒng)的重要內(nèi)容，實(shí)踐在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中具有重要的地位，實(shí)踐的過(guò)程必然需要相關(guān)的設(shè)備和材料。由于保證實(shí)驗(yàn)安全性的需要，許多實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料都是一次性的，這在一定程度上會(huì)給學(xué)校帶來(lái)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)，不但能夠減少對(duì)于材料資源的浪費(fèi)，同樣能夠減輕在實(shí)驗(yàn)器材等方面的投入，降低實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，保證實(shí)驗(yàn)的安全。除此之外，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠解決實(shí)驗(yàn)器材資源不足的情況，減少在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給儀器設(shè)備帶來(lái)的損耗，大大降低了教育成本。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用1.在立體展示數(shù)控教學(xué)儀器設(shè)備、產(chǎn)品加工中的應(yīng)用在以往的教學(xué)環(huán)境中，對(duì)于相關(guān)數(shù)控教學(xué)儀器設(shè)備的熟悉和掌握，學(xué)生只能通過(guò)視力觀察或者課本查閱來(lái)獲得相關(guān)信息，在這種情況下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)不但要消耗相應(yīng)的資金成本，同樣也不利于激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，阻礙教學(xué)質(zhì)量的提高。要想解決上述弊端，可以選擇運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)將數(shù)控教學(xué)儀器設(shè)備進(jìn)行立體展示，加深學(xué)生的直觀印象。比如，在建模的過(guò)程中運(yùn)用ProE，將各種儀器設(shè)備轉(zhuǎn)變成三維立體形象，將其存放在特定的虛擬環(huán)境中。無(wú)論是誰(shuí)都能通過(guò)觀察虛擬環(huán)境中的虛擬儀器，獲取到所需資料，能夠在一定程度上推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的提升。通過(guò)在產(chǎn)品加工中的應(yīng)用，展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)數(shù)控技術(shù)教學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。2.軟件仿真應(yīng)用于數(shù)控理論教學(xué)理論知識(shí)的掌握直接關(guān)系到數(shù)控深入學(xué)習(xí)的質(zhì)量。與其他學(xué)科相比，數(shù)控的技術(shù)性和邏輯性較強(qiáng)，要想提高學(xué)生對(duì)于數(shù)控理論學(xué)習(xí)的了解和掌握程度，可以將軟件仿真技術(shù)融入到教學(xué)活動(dòng)中。作為重要的教學(xué)方式和教學(xué)資源，軟件仿真在教學(xué)的過(guò)程中能夠?yàn)閷W(xué)生提供圖文并茂的學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣，吸引學(xué)生的注意力，為教學(xué)質(zhì)量的提高創(chuàng)造優(yōu)良的條件。積極推動(dòng)虛擬技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效結(jié)合，將復(fù)雜抽象的數(shù)控理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦?dòng)具體的圖文形象呈現(xiàn)給學(xué)生。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用突破了時(shí)間和空間的束縛，為學(xué)生營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍，有利于幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)生的主體地位得到充分尊重，增強(qiáng)了參與者和虛擬環(huán)境的溝通和配合，提高了學(xué)生通過(guò)周圍環(huán)境獲取信息的能力和水平。與傳統(tǒng)數(shù)控理論教學(xué)模式相比，軟件仿真技術(shù)的自主性能較強(qiáng)，學(xué)生和虛擬環(huán)境二者能夠相互補(bǔ)充、相互進(jìn)步，延伸和拓展學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和知識(shí)體系，提高了學(xué)生的觀察能力和信息獲取能力，完善學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)的實(shí)際需要。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)G代碼編程的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，在教師講解的過(guò)程中，學(xué)生就能夠依靠軟件仿真來(lái)進(jìn)行同步編程，在基礎(chǔ)編程完成之后利用相關(guān)軟件進(jìn)行及時(shí)的驗(yàn)證，獲取到相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行體系，根據(jù)自身需要及時(shí)修改系統(tǒng)的參數(shù)。通過(guò)這種方式，不但提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，同樣也加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的直觀印象。對(duì)于剛接觸數(shù)控理論學(xué)習(xí)的學(xué)生來(lái)講，對(duì)相關(guān)的儀器設(shè)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(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解的過(guò)程中并不能夠讓學(xué)生完全掌握相關(guān)的理論知識(shí)，滿足不了學(xué)生的需求，長(zhǎng)此以往，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和興趣，阻礙了學(xué)習(xí)效果的提高。在教學(xué)的過(guò)程中運(yùn)用仿真軟件能夠有效解決上述問(wèn)題，在對(duì)相關(guān)步驟進(jìn)行講解的過(guò)程中，學(xué)生也能夠運(yùn)用仿真軟件與教師講解進(jìn)行同步，提高學(xué)生的操作水平，推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的提升。3.在數(shù)控加工與編程等實(shí)踐課程中的應(yīng)用由于數(shù)控機(jī)床資源不足，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中并不能夠?qū)崿F(xiàn)人手一臺(tái)機(jī)床。將仿真技術(shù)運(yùn)用到數(shù)控學(xué)習(xí)中可以有效解決上述學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，不但能夠提高學(xué)生對(duì)于機(jī)床的了解和掌握，同樣也能夠讓學(xué)生在模擬操作的過(guò)程中提高自身的實(shí)踐技能。學(xué)生通過(guò)仿真軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，不但能夠減少資源和成本的投入，同樣也能提高學(xué)習(xí)的趣味性，為學(xué)生營(yíng)造良好的環(huán)境和氛圍。技術(shù)的熟練和掌握需要學(xué)生通過(guò)多次的訓(xùn)練來(lái)獲取，在傳統(tǒng)模式下的教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生在練習(xí)的過(guò)程中必然會(huì)給機(jī)床設(shè)備帶來(lái)相應(yīng)的損耗，利用軟件可以根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況進(jìn)行協(xié)調(diào)和調(diào)整，在提高學(xué)生操作技能的同時(shí)，有效解決了上述問(wèn)題。例如，學(xué)生在剛接觸機(jī)床操作時(shí)，由于對(duì)相關(guān)的儀器設(shè)備的了解并不通透，在操作的過(guò)程中時(shí)常會(huì)發(fā)生問(wèn)題和事故，必然會(huì)給儀器設(shè)備帶來(lái)相關(guān)的損耗和破壞。另外，在加工過(guò)程中也會(huì)造成材料的消耗，學(xué)生在操作的過(guò)程中經(jīng)常使用鋁料的高速鋼刀作為操作設(shè)備，市面上高速鋼刀的價(jià)格根據(jù)材料的不同存在著差異。學(xué)生在掌握技能的過(guò)程中必然會(huì)對(duì)鋼刀帶來(lái)一定的損耗和破壞，在一定程度上也會(huì)造成資源的消耗。為了節(jié)約學(xué)校成本，許多高校的數(shù)控實(shí)踐課程比例并不協(xié)調(diào)。運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)就能夠有效解決這一難題，但這并不意味著虛擬仿真技術(shù)就要完全取代學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作，而是通過(guò)二者的有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生共同推力。學(xué)生在借助虛擬仿真技術(shù)的過(guò)程中提高自身的操作實(shí)力，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的直觀印象，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，充分發(fā)揮二者的有效作用。4.在虛擬仿真教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)加工中的應(yīng)用數(shù)控仿真技術(shù)能夠應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床模型方式的操作過(guò)程中，這種體系下該教學(xué)系統(tǒng)能夠單獨(dú)運(yùn)行。在這個(gè)過(guò)程中能夠依靠計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過(guò)仿真面板對(duì)機(jī)床操控進(jìn)行模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，相關(guān)的零件制作的過(guò)程和步驟也能夠通過(guò)三維的形象如實(shí)的展現(xiàn)。除此之外，該教學(xué)體系也能夠運(yùn)用在數(shù)控機(jī)床的工作方式中，依靠互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將操作系統(tǒng)與實(shí)際的機(jī)床設(shè)備進(jìn)行連接，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)將零件的制作過(guò)程模擬展現(xiàn)出來(lái)，操作者再通過(guò)仿真面板進(jìn)行零件制作的控制。因此，數(shù)控仿真教學(xué)系統(tǒng)擁有詳細(xì)的數(shù)據(jù)和圖形支撐，操作者在運(yùn)用的過(guò)程中能夠在虛擬的環(huán)境中如實(shí)完成機(jī)床操作，提高觀察的便利性，減少操作誤差，實(shí)現(xiàn)與Nc程序的有機(jī)結(jié)合，推動(dòng)UG、ProE等軟件技術(shù)的發(fā)展。5.利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控加工仿真教學(xué)系統(tǒng)隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的有效結(jié)合，產(chǎn)生了在操作的過(guò)程中能夠根據(jù)實(shí)際需要來(lái)模擬加工的環(huán)境以及狀態(tài)的計(jì)算機(jī)加工仿真體系。這主要是依靠某一特定系統(tǒng)，結(jié)合計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)，通過(guò)操作者的線上操作，實(shí)現(xiàn)零件由設(shè)計(jì)到制作整個(gè)過(guò)程的演示畫面。在進(jìn)行仿真機(jī)床操作的過(guò)程中，必然會(huì)經(jīng)歷毛坯定義、壓板安裝、刀具安裝、手動(dòng)操作機(jī)床等過(guò)程和環(huán)節(jié)。虛擬數(shù)控加工仿真體系和教學(xué)系統(tǒng)能夠完全復(fù)制零件制作和機(jī)床操作的全過(guò)程，提高監(jiān)督和管理的便捷性，減少誤差的出現(xiàn)，通過(guò)提供與實(shí)際工作狀態(tài)相同的操作面板，實(shí)現(xiàn)儀器的操作調(diào)整和監(jiān)控。學(xué)習(xí)者在虛擬數(shù)控加工仿真系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，即便不到現(xiàn)場(chǎng)也能夠獲得相同的操作體驗(yàn)感，不用擔(dān)心儀器設(shè)備的損耗和破壞，進(jìn)行反復(fù)多次的練習(xí)操作技能和操作方法，這其中就包括補(bǔ)償量的標(biāo)準(zhǔn)、操作要求、程序編輯和修改等相關(guān)內(nèi)容。另外，由于損耗的成本較低，能夠有效解決學(xué)習(xí)過(guò)程中機(jī)床資源不足的問(wèn)題，增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)和實(shí)踐途徑，為數(shù)控技術(shù)教學(xué)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。結(jié)語(yǔ)綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已得到廣泛