VR技术在测量学实训课程教学中的应用研究

左小翠 张学亮

摘   要：测量学实训是一个重要的实践性教学环节。文章在教学过程中引入虚拟现实技术，在强大的计算机软硬件技术支撑下，可以再现逼真的实习场景，通过教师的引导，学生进行沉浸体验式的学习，有效解决了学生实训过程中安全系数不高、参与度低、技能学习滞后等多方面的难题，有利于培养学生的综合职业岗位能力。

关键词：测量学实训; 虚拟现实;沉浸体验

随着计算机视觉、3D渲染、大数据分析等核心技术的发展，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术凭借其带来的视觉冲击、逼真的感官体验为教育、医疗、工业制造等众多行业领域的发展提供了切实可行的解决方案。用户借助于头盔、眼镜、鼠标等终端设备可实时进入计算机模拟出的各种现实或非现实的三维场景，进行人机交互，体验高科技带来的前所未有的非凡体验。特别是在教育领域，虚拟现实技术不仅可以为学生定制仿真的实践环境，还可以通过3D建模再現场景，生动、灵活地展现教学内容，开创了“信息化教学”的崭新领域，是高科技与现代教育高度融合的展示和体现，也是教育手段现代化、信息化的标志之一，应用前景极其广阔[1]。

1    测量学实训课程中的应用背景

测量学实训是一个重要的实践性教学环节，通过综合性的实训练习，有利于学生掌握测量人员作业的基本要求，全方面提升其测量应用技能水平，为今后从事相关岗位工作奠定坚实的技术基础。此课程的开设要求配备真实的实训场地、先进的测绘设备以及安全的实训环境。但经过长期的教学实践发现，此模块的教学存在着如下问题。

1.1  测量实训场地配套建设难以保障

施工测量贯穿于整个建筑施工的全过程，从控制点的埋设、控制网的建立到建筑物的碎部测量，从基础测绘再到数字制图、变形观测等，内容多且复杂。若在校园范围内将整个实训流程全部进行实地模拟，需要投入大量的场地和资金，大部分院校难以实现。

1.2  测量实训器材更新换代步伐缓慢

测绘技术随着信息技术的手段注入，经过长时间不断的发展和完善，取得了长足的进步，逐步朝着数字化的方向创新和发展。许多具有突破性的测绘技术和设备不断涌现，如全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位技术、无人机测绘技术、三维激光扫描技术等[2]。院校实训室需要紧跟时代步伐，对仪器设备进行更新换代，意味着需要大量的资金投入和支持，很多院校往往受困于此，不能顺应技术发展潮流与要求而更新实训室环境和设备，学生难以学习和应用到新仪器和新技术，造成技能培养和岗位需求脱节的问题。

1.3  测量实训器材更新换代步伐缓慢

为接触真实的工作项目，培养学生职业岗位能力，职业院校往往安排学生去往校企合作的项目工地现场进行观摩和实践。由于大多数建筑工地环境错综复杂，无法给学生提供绝对安全的实习场所，而且学生能力有限，不可能长时间操作高级仪器设备，也不可能观摩和学习到工程项目各个环节的流程和方法，这些因素都极大地限制了学生职业岗位能力的提升[3]。

2    测量实训课程引入VR技术发展历程

虚拟仿真技术与教学的结合方式，已经由最初的仿真模拟逐渐向增强现实转变，趋向于把真实环境和虚拟现实的景象叠加起来，利用虚拟的物体对真实的环境进行逼真的补充，虚实结合，增强学生的真实感受，提高认知能力。

发展初期，借助于计算机模拟软件和FLASH动画演示，将仪器构造组成、经典案例实施流程模拟再现，能够激发学生学习兴趣，加深对知识的感知和理解，但是学生参与程度不高，仅限于观摩或浏览，不利于培养学生的动手实践能力。随着人机交互技术的不断发展，学生借助VR工具，不仅可以实现仿真观摩，还能够通过按钮或者触摸设备完成实践操作和考核，如仪器的拆分和组装、基本使用方法等。如今，在虚拟仪器设备的基础上加入真实的环境补充，使学生的仿真体验更加流畅和真实，扩大了学生实训的面域，提升了其动手实践能力。

3    测量实训教学结合VR技术优势分析

虚拟现实技术基于计算机仿真、人机交互、传感器等技术，为用户提供交互、沉浸的感官体验。学生可以通过视觉、触觉、听觉等多维感官通道收集信息，主动交互、思考、实践。与传统的教学方式相比该技术具有以下几方面的优势。

3.1  解决了学生校外综合实训的难题

参加企业项目顶岗实践，有利于学生了解本专业所对应的岗位能力需求，培养职业综合应用能力。顶岗实践一般是结合实际工程项目的生产性实习来进行，但由于学生能力的限制和出于安全因素考虑，无法在实际工程中担任重要职责，对学生的职业岗位能力培养较为不利。利用VR技术，将典型的测绘工程项目和案例制作成虚拟实习场景，再现了与实际工程相同的工作流程，可以在绝对安全的环境中，使学生担任重要岗位角色，履行岗位职责，有利于培养学生的生产实践和项目管理能力[4]。

3.2  减少校方场地和资金投入

信息技术和测绘技术的飞速发展，加速了测绘仪器设备和测绘方式更新换代的步伐。由最初的水准仪、经纬仪到全站仪，由人工布点到GNSS定位、无人机航测，由二维平面测图到三维实景扫描等，由于校方场地和资金的限制，先进的实训设备和环境往往难以保障。虚拟现实技术的加入，有效解决了这一难题，在虚拟系统中，可以预制最先进的仪器设备和典型的工程案例实景，而且一套实训设备可以多人多次重复利用，实现了低成本培养高素质人才的培养目标，在保障先进性的同时节约了大量的场地和资金投入。

3.3  操作流程简单，易激发学生学习兴趣

虚拟现实教学系统作为计算机终端设备，其操作流程非常简单，用户只需穿戴好虚拟设备，通过点击、触摸等方式，即可进入实体三维场景进行模式实训操作，突破传统测量实训课程易受场地、设备、时间等因素的制约，进行“多设备、多场景、多项目”的综合实训练习[5]。在免去仪器设备损坏的顾虑和思想负担的同时，轻松地完成设备的拆解、组装、工程项目的策划组织及实施等操作，学生沉浸逼真深刻的体验中，学习兴趣浓厚，学习效率大幅提高。

3.4  革新了教學方式，提高了教学效率

测量实训课程的传统教学方式一般为教师讲解演示、学生观摩实践，是以教师为主导的教学模式。由于场地及仪器的限制，教师往往不能将实际的应用场景直观地展示，学生对仪器的操作及测量技术方法的掌握较为片面。依托虚拟现实技术的虚拟仿真实训系统，变教师主导为教师引导，学生在沉浸式体验中可以反复操作和积累经验，实现“做中学”，使课堂学习过程生动、有趣，极大地提高教学效果。

4    VR在测量实训课程中的应用建议

由于目前计算机数据存取和处理速度还不能很好地满足用户实时性需求，学生在应用过程中会出现系统应答速度缓慢、场景画面不流畅不逼真等状况，所以应加大虚拟现实软、硬件技术研发力度，改善软、硬件设施，优化学生用户体验，使虚拟现实技术可以更好、更广泛地为教学服务。在教学过程中，教师不能将教学完全依赖于虚拟现实设备，应合理应用问题导向、任务驱动、合作探究等多种教学方法，强化学生动手实践能力的同时，注重其创造性思维能力、团队合作等能力的培养。此外，还应借助虚拟现实系统完善实训类课程技能考核模式，虚实结合，提高技能考核的精准性。

5    结语

在测量学实训课程中应用虚拟现实技术，可以突破实训条件和时间的限制，使学生在绝对安全的环境中，沉浸式体验工程项目的各个环节与流程，还可以进行实时考核与技能短板的反复练习，大幅提高学习的积极性和主动性，有效强化其职业技能。同时，教师应不断提高个人综合素质，充分掌握相关技术手段，创新教学模式，促进测量学实训课程教学质量的整体提升。

[参考文献]

[1]陈再发.虚拟现实技术在高职实践教学中的应用[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2018（17）：64.

[2]黄志剑.虚拟仿真技术在工程测量中的应用[J].科技风，2018（9）：6.

[3]孙金萍.虚拟仿真技术在工程测量实践教学中的应用初讨[J].科教论坛，2019（3）：66.

[4]王式太，殷敏.虚拟现实技术在测量实践教学中的应用探讨[J].测绘与空间地理信息，2012（1）：222.

[5]王爱民，韩月娇，唐冲，等.虚拟现实技术在工程测量实验教学中的应用[J].中外企业家，2018（29）：187.

Abstract：Surveying practice is an important practical teaching link， the introduction of virtual reality technology in the teaching process， under the powerful computer hardware and software technical support， can reproduce realistic practice scenario， through teachers guidance， students immersed experiential learning， effectively solve the safety factor in the process of training students is not high， low participation， skill learning various problems， such as to cultivate the students ability of comprehensive professional post.

Key words： practical training in surveying; virtual reality; immersion experience