摘要:虚拟现实技术有着交互性好、认知性强、生动形象等特点，将其应用在施工培训中能较好地解决一般管理人员理论知识丰富、但认知性知识缺乏的矛盾。本文以制作电渣压力焊施工过程模拟为例，介绍了如何应用3Dstudiomax软件制作简单的虚拟现实作品，以及将虚拟现实作品应用于施工培训的途径。
关键词：电渣压力焊3Dstudiomax虚拟现实课件
中图分类号：TU2，TP319，文献标识码：A
进入21世纪后，计算机技术、信息技术在教学中的应用得越来越广泛，传统的培训模式将面临着变革。虚拟现实技术以其交互性好、认知性强、生动形象等特点被专家认为是培训领域的“明星”技术，为现代培训开发界面友好、形象直观、沉浸性强的交互式的培训环境提供了可靠保证。在施工技术日益完善和发展的今天，如何讲授建筑工程施工中各主要工序的施工工艺、技术和方法,以及施工新技术、新工艺的发展及培训人员是否能接受、理解所培训的内容是施工培训目前面临的问题。本文就上述问题进行了初步的研究，以与同行们交流、探讨。
1虚拟现实技术
1.1虚拟现实技术的发展状况
虚拟现实(VirtualReality，简称VR),是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。
虚拟现实技术出现后首先应用于娱乐领域。但随着计算机硬件技术、软件应用成本的大幅降低和技术的不断更新，虚拟现实技术在国内外工程设计、培训和通信等诸多领域都广泛应用。作为一种培训方式，它是计算机网络化发展的一个改革的方向。
2虚拟现实技术与土木工程施工培训改革
2.1当前土木工程施工培训存在的问题
目前土木施工培训基本上是采用课堂培训的模式，培训中存在大量的施工工艺实践知识是通过讲授的方式教给培训人员，十分枯燥和乏味，效果不理想。
从目前施工培训教材的内容看，传统施工工艺知识非常完善，而新的施工技术、新的工艺、新的培训材料不能及时地反映在教材中。在实际培训中，为了弥补培训教材的不足，主要依靠讲授人所掌握的新知识对培训内容进行补充和完善，而限于讲授人自身水平和实践水平，补充的内容也是有限的。
2.2虚拟现实技术在培训中的优势
在培训模式方面。目前的培训模式主要是以讲授人为中心,这种模式的优点是有利于讲授人主导作用。虚拟现实技术强大的再现及交互功能，将改变传统的以讲授人为中心的模式，建构一种讲授人主导、培训人员主动认知的新型模式。
在培训手段方面。虚拟现实技术能以一种直接的信息传递方式，能提供图文声像并茂的，自主控制的人机交互的情景；还能按超文本、超链接方式组织管理学科知识和各种教学信息，提供生动活泼的直观形象思维材料、展现不能直接观察到的事物等，形成知识点。这有利于培训人员的主动发现、主动学习、主动探索，培训人员可以从思维、情感和行为三个方面参与培训活动。
3.虚拟现实技术在土木工程施工培训中的应用
为解决传统土木工程施工培训中的问题，我们尝试将虚拟现实技术应用在土木工程施工培训上，根据建筑施工方面的知识，利用3Dstudiomax虚拟现实软件技术制作了部分土木工程施工培训课件，下面以电渣压力焊施工工艺过程模拟为例，介绍如何应用3Dstudiomax等软件制作电渣压力焊三维动画演示课件以及三维互动式课件。
3.1电渣压力焊三维动画演示课件的制作
3.1.1素材收集
首先要熟识电渣压力焊施工过程，在现场收集详细的照片及录像资料。一些细节上的内容可以在照片和录像中查找，另外，模型上的贴图经常还要取材于这些照片。其次要筛选关键构件、工序，收集各种构件的尺寸、数量等数据，收集各种构件的照片以制作逼真的贴图。根据教材理论知识和在现场的操作实践，确定其关键施工过程为：焊割前除锈→夹具并校正钢筋→放退火铁丝球→装焊剂盒→放焊剂→接通电源→操作手柄完成引弧至最后顶压→拆焊剂盒回收焊剂，关键工具有电渣压力焊焊机、焊接机头、焊药盒、焊药、焊接钢筋等。
3.1.2脚本制作
脚本的制作是整个课件虚拟现实过程的首要环节，也是最重要的前期准备，后面开展的所有的工作，包括物体建模、旁白配音、贴图制作、动画调节、特别效果增加、后期编辑合成，都要以脚本为依据，满足脚本的要求。脚本内容的准确性和完善程度将直接影响着后面课件制作的进度和质量。同时，脚本也是虚拟现实过程中的一个记录，脚本书制作应尽量细致和规范，便于查阅。脚本范例表格见下图1：
3.1.3建模
建模就是创建构件的模型。本文作品主要使用3Dmax7.0的合法试用版进行建模及动画制作，3Dmax是美国Autodesk公司推出的三维软件，能做到在计算机模拟的三维空间内制作三维模型，指定它的动作，最后生成彩色的动画影像。3Dmax中可以使用许多不同的方法和途径来建模型，这些方法依赖于建模的对象，可以使用内部建模工具和各种外挂模块或其它兼容软件来构建这些模型。使用3Dmax本身提供的实体造型进行模型的构建，是比较常用的一种方式，本文的电渣压力焊建模制作主要是使用这种方式。图2、图3、图4简单地介绍了焊药盒的建模过程，图2显示的是利用3Dmax本身的建模工具建立焊药盒的大概形状，图3显示的是利用3Dmax的编辑工具将焊药盒大概形状修改成与真实模型相近的具体形状，图4显示的是建立好模型后对模型进行材质编辑以达到与真实模型相同的色彩。
图2利用建模工具建立焊药盒的大概形状
图3利用编辑工具修改模型
图4对模型进行材质编辑
3.1.4动画制作
动画是基于人的视觉原理创建的运动图像。在一定时间内连续快速观看一系列相关连的静止画面时，会感觉是连续的动作。每个单幅画面被称为帧。在3Dmax中，只需要创建记录每个动画序列的起始、结束和关键帧，关键帧之间的插播值由3Dmax自动计算完成，同时要按设想好从什么视角及位置观看施工模拟过程，去设置好摄像机路线及镜头。动画参数设定好后可通过渲染器来完成渲染工作，生成高质量的动画。图5、图6、图7简单地显示了电渣压力焊动画的制作过程，图5显示的是各构件的关键帧及时间设置，通过设置确定各个构件相对位置、运动方式、时间等，图6显示的是设置摄像机的镜头及运动路线，以便从不同视角及位置观看施工模拟过程，图7显示的利用3Dmax中的渲染工具将做好的格式为max的文件渲染为可供播放器播放的avi等格式的动画文件。
图5各构件的关键帧及时间设置
图6摄像机的镜头设置
图7渲染
3.1.5动画课件的后期制作
动画作品片段制作完毕后，是以单一的形式分别独立存在的，各个片段需经过增加配音、照片、剪接或者特效处理等许多工作后，再经过渲染压缩才能成为一部完整的作品。用于影片后期制作的软件有很多，如Adobe的Preimere或者Micromedia的Director等都是用来进行影片后期制作的，本文的动画作品后期制作主要使用SonyVegas5.0的网络共享版软件。图8显示的利用SonyVegas对动画课件的后期制作。
图8用SonyVegas对动画课件的后期制作
3.2电渣压力焊互动式课件的制作
在已建3D模型基础上，通过虚拟现实整合软件，制作有互动功能、沉浸性更强的虚拟现实作品。即利用在3Dmax中建立的柱模模型，导入到Virtools软件中增加互动功能，最后输出三维柱模安装互动式课件，由于具体制作过程较为繁复，在此不一一列举，图9显示的Virtools软件的部分操作界面及参数设置表。制作好的互动式课件有很好的互动功能，学生通过这个课件可对电渣压力焊进行虚拟的具体操作及观看学习，同时课件具有提示、纠正等功能，由此培训人员就能更好巩固所学的知识。
图9Virtools的部分操作界面及参数设置表
教科书、施工手册等对电渣压力焊描述仅限于文字或图片等资料，培训人员较难理解且教授人需要花较长的时间讲解。采用虚拟现实技术手段制作出来的电渣压力焊三维动画演示课件以非常直观形象的讲解方式，让培训人员能够较好、较快地认知与理解整个过程及其中的原理，培训人员可以反复收看直至完全通晓。
本文介绍的虚拟现实作品只是虚拟现实技术中一种简单的运用，虚拟现实技术作为一门综合性计算机技术，不仅为土木工程培训提供了信息化、可视化的手段，也为土木工程培训改革也提供了可靠的技术支持。它对土木施工传统培训方式将产生深刻的影响，也将进一步帮助土木工程培训人员更加有效地、更加形象地传授知识、学习知识、创新知识。
参考文献：
[1]李敏，陈威兵；虚拟现实技术对传统教学的影响；教育技术研究；2003.3
[2]林京彤；虚拟现实技术(VirtualReality)的定义；中国VR技术社区；2001年
[3]汪成为，高文，王行仁；灵境（虚拟现实）技术的理论的实现及应用；清华大学出版社，广西科学技术出版社；2002年
搜论文知识网致力于为需要刊登论文的人士提供相关服务,提供迅速快捷的论文发表、写作指导等服务。具体发表流程为：客户咨询→确定合作，客户支付定金→文章发送并发表→客户接收录用通知，支付余款→杂志出版并寄送客户→客户确认收到。鸣网系学术网站，对所投稿件无稿酬支付，谢绝非学术类稿件的投递！
