印刷是一個專業(yè)性、技能性很強的領(lǐng)域，它要求印刷機操作者熟練地掌握印刷機的操作規(guī)程，并且了解機器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及傳動原理。但目前相關(guān)的教育機構(gòu)由于受到資金、場地等條件的限制，提供實訓及演示的機器存在著數(shù)量少、型號陳舊等問題，在一定程度上影響了印刷專業(yè)的教學質(zhì)量。筆者提出將虛擬仿真技術(shù)帶入印刷專業(yè)教學中的必要性，并對如何采用虛擬仿真技術(shù)提出了應(yīng)用方案。

       隨著國家高度重視職業(yè)教育事業(yè)發(fā)展，職業(yè)教育規(guī)模不斷擴大，對完善我國職業(yè)教育結(jié)構(gòu)，服務(wù)經(jīng)濟社會等方面發(fā)揮了積極作用。但同時，目前我國技工學校辦學條件和教學設(shè)備供給情況并不是那么盡如人意，“雙師型”專業(yè)教師數(shù)量不足，質(zhì)量保障體系不夠完善，辦學機制和教學方法改革有待突破等等問題，嚴重制約了職業(yè)教育的發(fā)展。

        加強實訓中心裝備建設(shè)、保證實踐教學時間，是滿足學生培養(yǎng)目標的前提條件和重要保證。因此，各學校在實訓儀器設(shè)備和實訓教學管理上都加大了資金和人員投入，紛紛建立起實訓室和實訓基地，為實訓教學的開展提供基本保障。即便如此，由于經(jīng)費投入、設(shè)備更新?lián)Q代、場地限制和擴招的原因，很多學校仍存在實訓資源緊張，學生操作技能練習不足等問題，這將大大降低學生的動手能力和就業(yè)的競爭力。因此各學校除了傳統(tǒng)設(shè)備的投入，需要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間，考慮利用虛擬技術(shù)來解決當前實訓中存在的一些問題。

印刷實訓課教學存在的主要問題

      1.實習設(shè)備種類少、陳舊、型號落后。目前在印刷專業(yè)學校存在的一個突出問題就是硬件條件差，一般學校教育經(jīng)費嚴重不足，而一臺國產(chǎn)四色印刷機也需幾十萬甚至幾百萬，對于大多數(shù)學校根本無力購買，學生人均占有的儀器設(shè)備數(shù)額少，檔次低。結(jié)果導致相關(guān)課程的實訓基本無法開出，有些勉強開出的實訓也由于設(shè)備數(shù)量嚴重不足滿足不了學生動手的需求，而且都是購買了一批設(shè)備要使用到設(shè)備的報廢年限為止，而實際生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備更新?lián)Q代很快，這樣從學校培養(yǎng)出去的學生并不能夠在很短的時間內(nèi)適應(yīng)崗位工作的需要。這很難達到教育部提出的“基地設(shè)備保持同期企業(yè)生產(chǎn)使用設(shè)備水平，并具有一定的超前性”要求。

      2.實習成本偏高，使實訓流于形式。雖然目前國家對職業(yè)教育的投入加大，一些教育機構(gòu)配備了進口的多色膠印機，但由于實訓中油墨、紙張耗材成本開銷較大，往往使實訓流于形式。

       3.校內(nèi)實訓環(huán)境與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不一致。由于印刷設(shè)備的規(guī)格型號很多，一般學校也只能選擇配備某一種型號的，一般是同類設(shè)備中檔次較低的，設(shè)備更新?lián)Q代的速度更是遠遠不及實際工作現(xiàn)場設(shè)備的更新?lián)Q代速度，所以設(shè)備老化及型號單一情況在學校實訓教學中普遍存在，這一現(xiàn)象導致學生雖然做了實訓，但是校內(nèi)實訓環(huán)境與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不一致，校內(nèi)實訓與職業(yè)崗位工作不一致，實訓效果差，學生適應(yīng)企業(yè)工作崗位慢。

認識虛擬現(xiàn)實技術(shù)

        虛擬現(xiàn)實技術(shù)是運用計算機對現(xiàn)實世界進行全面仿真的技術(shù)，由于它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實社會類似的環(huán)境，從而能夠解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求，從而在教育領(lǐng)域內(nèi)有著極其巨大的應(yīng)用前景，可以預言，虛擬現(xiàn)實將是繼多媒體、計算機網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的“明星”技術(shù)。

           虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建一個與現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景，并能響應(yīng)用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形生成技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真。

         利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬實訓基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時生成新的設(shè)備。教學內(nèi)容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術(shù)的發(fā)展。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環(huán)境中去，這非常有利于學生的技能訓練。由于虛擬的訓練系統(tǒng)無任何危險，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機駕駛訓練系統(tǒng)中，學員可以反復操作控制設(shè)備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復訓練，達到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。
       普通意義上的虛擬現(xiàn)實需要大型計算機、頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套、洞穴式投影、密封倉等昂貴設(shè)備，一般的教育單位是不可能承受的，資金不足嚴重制約著教育領(lǐng)域?qū)μ摂M現(xiàn)實的研究和應(yīng)用。但隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)出現(xiàn)了多樣化的發(fā)展趨勢，根據(jù)“沉浸”程度的高低，可以劃分出四種類型的虛擬，其中桌面型的虛擬現(xiàn)實技術(shù)非常簡單，需要投入的成本也不高，而且在教育領(lǐng)域內(nèi)可應(yīng)用的范圍很廣。桌面虛擬現(xiàn)實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。通過各種輸入設(shè)備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括鼠標、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過計算機屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者缺少完全的沉浸，因為它仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實最大特點是缺乏真實的現(xiàn)實體驗，但是成本也相對較低，因而，在教育領(lǐng)域內(nèi)可應(yīng)用的范圍很廣。在軟件方面，目前有很多成熟的軟件平臺可以進行桌面型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)，如MultigenVegaPrime、EONStudio、Virtools、VRML等。

采用虛擬技術(shù)對印刷教學工作的作用

       在印刷機械教學中，需大量用到對機械的外觀、組成、結(jié)構(gòu)的展示，傳統(tǒng)教學大都采用實物（生產(chǎn)樣機）展示的方法。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的展示方法則以其廉價、無場地限制和效果良好的優(yōu)勢得以廣泛應(yīng)用。

       能在一定程度上緩解學校設(shè)備短缺和落后問題產(chǎn)生的壓力。虛擬印刷實訓車間能提供型號齊全、不會損壞的實訓設(shè)備，并且可以不斷地擴充和發(fā)展，虛擬實訓室的功能可以隨著軟件維護的進行而不斷進步。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，學生足不出戶便可以做各種各樣的實訓，獲得與真實實訓一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學內(nèi)容的理解。

      可以為學校節(jié)約資金投入。利用虛擬實訓車間的訓練作為實際訓練的重要補充，可以使學生獲得不計成本、不計次數(shù)、不限時間的理論學習和操作訓練，可以大量地減少紙張、油墨、機器磨損等消耗，降低了實訓的成本。

       可避免真實實訓或操作所帶來的各種危險。由于印刷機具有較高的復雜性和精密性，學生在實際訓練和操作時，會不可避免地由于誤操作產(chǎn)生一定的人身傷害和機器損壞。而學生在虛擬實訓環(huán)境中，可以放心地去做各種實訓，操作的安全性高，可將人身傷害和機器損壞降到最低。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在印刷教學中的應(yīng)用方案

      1.建立仿真模型。首先對印刷車間、印刷機械（外部結(jié)構(gòu)）等進行建模。使用3dsmax、Maya、MultigenCreator等三維制作軟件，其中3dsmax、Maya建模功能強大，對對象的細節(jié)描述非常生動，適合于對象的精細建模，但是其建模數(shù)據(jù)量非常大；MultigenCreator是專門為復雜的虛擬場景實時漫游設(shè)計的建模工具，與Vega為一個公司開發(fā)的三維建模軟件，能直接導入Vega進行編輯，它有良好的用戶交互界面，建模速度快，而且它建立的模型較小，不會影響虛擬環(huán)境的實時性，但是在精細建模方面卻不能和上面提到的軟件相提并論。

       其次，對印刷機械內(nèi)部主要傳動機構(gòu)進行建模。使用Pro/E、Solidworks等機械三維制作軟件制作齒輪、凸輪、杠桿等機械零件，并對它們進行裝配。

       2.創(chuàng)建虛擬印刷車間場景。使用VegaPrime、EONStudio等視景仿真軟件導入模型，建立虛擬印刷車間。

      3.建立與虛擬印刷車間的互動。內(nèi)容包括印刷車間的漫游、印刷機內(nèi)部零件的展示及拆解、印刷機部分機構(gòu)傳動過程的動態(tài)演示及相關(guān)視頻和動畫的鏈接、通過虛擬操作面板實現(xiàn)印刷機的虛擬基礎(chǔ)操作。設(shè)備外觀、結(jié)構(gòu)的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)動；用VegaPrime驅(qū)動可以實現(xiàn)更復雜的交互操作機器的虛擬操作仿真；應(yīng)使用VC等編程軟件進行虛擬操作面板的邏輯控制。

       4.系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場景按照教學軟件所需的形式將其有機地整合在一起，使之成為一個完整的、規(guī)范的教學軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺如VB、VC++等。由于上述虛擬現(xiàn)實驅(qū)動軟件如EON、VegaPrime等均以ActiveX控件方式提供了可用于常用軟件開發(fā)平臺的運行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。

       當今印刷專業(yè)的教學不應(yīng)再只是單純地依靠書本、教師授課的形式。我們應(yīng)該借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)這一先進的平臺開發(fā)出適合教學實際的印刷機械的虛擬仿真教學系統(tǒng)來彌補傳統(tǒng)教學方式的不足，以此希望能夠改善目前一些印刷專業(yè)學校教學面臨的尷尬困境，使其教學水平得到質(zhì)的飛躍，為印刷業(yè)人才的培養(yǎng)作出貢獻。
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