基于万维引擎的虚拟现实信息化课程资源开发

摘  要：应用虚拟现实技术进行信息化课程资源的开发，可以让枯燥的学习变得生动起来，让学生获得沉浸式的学习体验。以溢流阀VR课程资源的开发为例，基于万维引擎技术进行结构介绍和拆装操作的资源开发，使学生更加直观地了解溢流阀的内外部结构和具体拆装过程。VR信息化课程资源也可作为线上教学的重要补充，使学习不受时间、空间的限制，通过在虚拟环境中操作物体，提高学生学习课程的积极性，从而达到更好的教学效果。

关键词：虚拟现实；万维引擎；信息化课程资源

中图分类号：TP391.9    文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）17-0183-06

Development of Virtual Reality Informatization Course Resource Based on

the Very Engine

LI Yan

（Meizhouwan Vocational Technology College， Putian  351119， China）

Abstract： This paper applies the Virtual Reality technology to develop information technology course resources， which makes the boring learning vivid and enable， so as to make students to get an immersive learning experience. Taking the development of VR course resources of overflow valve as an example， based on the resource development of structure introduction and disassembly operation of Very Engine technology， the students understand intuitively the internal and external structure and specific disassembly process of overflow valve. VR information technology course resources can also be used as an important supplement for online teaching， and learners are not limited by time and space. Through operating objects in the virtual environment， the enthusiasm of students in learning courses is improved， so as to achieve better teaching results.

Keywords： Virtual Reality; Very Engine; informatization course resource

0  引  言

虛拟现实（VR）技术，在现有人机交互的基础上，加入了更为真实的体验和交互感，使得用户获取信息的行为更加具有“沉浸感”与“真实性”。应用虚拟现实（VR）技术可以让使用者置身于重新创造的数字场景或者是虚拟的现实场景之中，实现影音式沉浸式的体验。应用虚拟现实（VR）技术进行资源开发，使内容、手段和方法发生了根本性的变革。

应用VR技术进行信息化课程资源的开发，把虚拟现实技术与课程教学结合起来，使学生获得沉浸式的学习体验，达到可视化的教学效果[1]。基于万维引擎技术进行虚拟现实信息化课程资源的开发，将一些复杂难懂的知识点进行可视化立体呈现，便于学生的理解应用。对于受到实际条件或场地限制的实训设备，结合虚拟现实资源的开发应用，可以使学生不受限制近距离地进行操作实践。改变传统教学方式，大大提高了学生的学习兴趣。这种由计算机技术辅助生成的高技术仿真系统具有很强的交互性和情境化，让学习者完全沉浸式的在虚拟学习空间里，进行相关交互式虚拟化学习。在未来的交互性课程里面可以作为教学的重要补充。

1  认识虚拟现实

虚拟现实（Virtual Reality， VR）是20世纪80年代兴起的一种计算机综合集成技术，它通过对三维世界的模拟，创造出一种全新的交互式的虚拟仿真系统[2]。应用传感器及计算机软硬件设备构建出虚拟的三维世界，模拟仿真现实世界存在的甚至是现实不存在的事物或环境，提供给用户有关视觉、听觉、触觉等感官的仿真，让使用者仿佛置身于真实的环境当中，还可以实时、全方位地观察三维虚拟空间内的事物并进行亲自操作，并进行交互式的沉浸感体验。虚拟现实技术所具有的沉浸感、交互性、虚幻性等特征改变了人们对传统世界的认知，为人们提供了全新认识世界的手段和方法[3]。

2  万维引擎简介

万维引擎是一款服务虚拟现实软件开发的应用平台，采用Excel文本开发技术，无须编程，即可开发满足各种需求的虚拟仿真软件。其大幅降低了程序开发的难度，提高了软件开发的效率，并可实现程序修改无须编译直接运行的效果，内置示范教学、自主练习与考核模块[4]。应用其开发虚拟仿真信息化课程资源能够更好地配合课堂教学活动。万维引擎有软件版和网页版，目前已发展到4.0网页版，其是基于WebGL技术的虚拟现实开发平台，其无须安装即可实现3A应用（Anybody，Anywhere， Anytime），并可实时更新升级，无须重新下载安装。使用网络账号进行权限管理，灵活方便。在开发过程中还支持网络协同开发，资源共享，仿真应用支持多人多角色在线协同操作。开发中无须安装任何软件和插件，即可进行虚拟仿真软件开发，最终以HTML5的形式发布软件。

3  虚拟现实信息化课程资源的开发

虚拟现实信息化课程资源的开发包含项目调研、开发脚本规划、开发工作单元等流程。可以根据项目需求的不同及软件开发的方式不同，选择合适的开发流程。本文以溢流阀虚拟仿真信息化课程资源的开发为例进行介绍。

3.1  项目调研

在项目调研阶段，首先要学习溢流阀的基本结构、工作原理及拆装流程，以确保开发出来的教学资源内容的正确性和完整性。其次要对真实的溢流阀进行尺寸测量以及拍摄真实的溢流阀照片，以便后续更好地进行资源开发脚本的规划及模型构建工作。

溢流阀可以保证压力管道、压力容器的关键安全应用，主要在液压与气动传动课程中有涉及。其应用于各种先进设备中，特别是各种自动控制系统中。在各种系统中起到“神经中枢”的作用。溢流阀的作用是控制并稳定其入口压力，从而实现溢流、调压、安全保护，有时也可用作背压阀。在平时的教学过程中，通过抽象的溢流阀工作原理图和图形符号，学生很难理解其组成结构及原理。通过开发溢流阀VR信息化课程资源，可以让学生更加形象直观地了解溢流阀各部分的结构、工作原理及拆装过程，并通过交互式体验，加深理解。

3.2  开发脚本规划

要完成虚拟现实信息化课程资源的开发，开发前的脚本和资源规划是很重要的，它直接关系到信息化课程资源的开发方向，保证VR资源开发的正确性。溢流阀的虚拟现实信息化课程资源开发脚本规划将其分为溢流阀结构介绍及溢流阀的拆装介绍两大部分。溢流阀VR资源开发流程图如图1所示。

3.3  开发工作单元

虚拟仿真是内容和设备的结合，而在开发虚拟仿真信息化课程资源的工作中，关键是内容的开发。在资源开发的工作单元中，主要包括模型的搭建及导入与功能制作等。

3.3.1  搭建及导入模型

模型搭建即建模，根据现实中的物体、运动机制、环境等影响因素，应用各种三维建模软件，构建绘制出与实际物体相对应的虚拟模型。建模环节是虚拟仿真系统开发的前提。根据要开发的资源收集的素材进行等比例建模，确保要开发的仿真对象的真实性[5]。

建模工具可应用市面上各种建模软件，如3D Max、UG、Inventor等。在本次溢流阀虚拟现实资源开发的建模过程中，应用的是Inventor三维建模软件。应用Inventor软件完成溢流阀各个零件的模型搭建，可以快速便捷地完成溢流阀各个零件和装配体模型的搭建。溢流阀建模界面如图2所示。

建模完成后还需要对模型格式进行转换。如应用Inventor建模软件进行三维建模后，生成step格式模型文件，将step格式模型文件导入到3D Max软件中，用3D Max软件导出fbx格式模型文件。fbx格式的模型可以直接导入到万维引擎软件版中，而万维引擎4.0网页版用到的模型是babylon格式。因此还需要将模型通过3D Max加babylon插件或者应用Blender软件导出babylon格式模型。本次溢流阀虚拟现实信息化课程资源的开发应用的是万维引擎4.0网页版，因此需将绘制好的溢流阀模型按前面所述方法导出babylon格式模型文件。导出界面如图3所示。

再将导出的溢流阀babylon格式文件加载至万维引擎4.0界面。从万维引擎文件预览板块处操作导入模型，右键单击该板块的文件夹预览处，在弹出的对话框中选择“上传”按钮，即可选择导入的溢流阀模型。将溢流阀模型导入到万维引擎4.0，刷新网页后再在资源面板中找到溢流阀模型文件，将其加载到场景中，如图4所示。并对其进行初始化操作，调整模型的位置、角度、比例等方位信息。通过平移、旋转、缩放等对初始相机视角进行设置。通过对相机的方位调整，得到最佳的相机视角。使场景中相机视角呈现出最佳效果，保证更好的用户体验[6]。

3.3.2  功能制作

虚拟仿真系统内容的开发是整个虚拟仿真信息化课程资源开发的核心。溢流阀虚拟仿真信息化课程资源的开发，应用万维引擎进行开发制作。万维引擎是一款不用编程就能开发虚拟仿真软件的引擎工具，其应用可视化界面，以UNITY界面为载体，采用Excel表格编辑技术实现虚拟仿真软件的开发与运行[7]。本次溢流阀虚拟仿真信息化课程资源开发应用的是万维引擎4.0网页版，开发逻辑延续了之前软件版引擎的特点，并在个别开发语句上做了一些优化，在开发过程中比上一代引擎更加简便易懂。其开发所应用的Excel表格也是网页版，可直接在编辑的软件中创建。Excel表格编辑界面如图5所示。可以应用对象、触发、逻辑条件、变量、状态、响应以及关联状态等进行所需内容的开发。

溢流阀虚拟现实资源的编辑开发过程中，通过溢流阀触发参数、逻辑条件、变量定义、状态定义、响应参数、关联状态等的编辑设置，实现溢流阀结构介绍、拆装操作说明的功能实现。部分功能实现表格编辑语句如图6、图7所示。

在虚拟仿真资源开发的过程中，在场景编辑界面，可以点击“运行”功能按钮，进入模拟发布测试界面，进行运行测试。在资源开发过程中边开发边调试，以此来检验表格编写的逻辑有没有出错。如有错误可以及时修改，再进行调试，直到达到所要求的功能效果。

4  溢流阀虚拟现实信息化课程资源介绍

以溢流阀虚拟现实信息化课程资源的开发为例，介绍VR信息化课程资源的开发内容。其分成结构介绍和拆装操作说明两大部分。

4.1  结构介绍部分

为了更好地观察溢流阀各部分的结构，结构介绍部分分成爆炸观察、内部观察和结构认知，部件認知部分。

通过一键爆炸观察功能，可以看到溢流阀各部分的详细结构，如图8所示。这样可以使学生更直观地观察溢流阀的结构组成。

通过内部观察功能，点击外部物体，使该物体透明显示，透明之后，被该物体挡住的所有物体就能可见了，可以看清内部的物体的结构，再次点击物体，又会恢复原形。应用部件透明显示功能，可以点击想要了解的溢流阀各个部位进行内部结构观察。如图9所示。

在结构认知功能部分，通过设置引出线，对溢流阀各部位结构名称进行文字标注。直观认知溢流阀各部分的结构名称，引出线结构认知界面如图10所示。

在部件认知部分，通过点击物体，该物体高亮显示，物体的轮廓颜色红绿交替变化，起到聚焦物体的作用。并应用文字和语音同步播放的指令，来介绍高亮物体，进行部件认知。文字显示在屏幕中，并且應用电脑自动配音朗读。通过视觉和听觉共同作用，加深对溢流阀各部件结构功能的认知，语音文字显示界面如图11所示。

4.2  操作说明部分

在操作说明部分，分为溢流阀的拆卸和装配两个部分。分别进行溢流阀的拆卸和装配实操演示如图12所示。通过拆装过程的分步骤演示，详细演示每一步流程，并有文字语音讲解同步说明，让学生更直观形象地掌握具体的拆装过程步骤。

4.3  考核部分

开发的溢流阀虚拟现实信息化课程资源不仅有教学模块，还有考核模块。通过编辑设置考核模块，对溢流阀的相应知识点进行考核，判断学生相应知识点的学习是否达标，考核答题界面如图13所示。完成所有考核题目后，会显示考核成绩，考核评分界面如图14所示。及时对学生考核结果进行反馈，查缺补漏。

5  结  论

在传统的课程教学中，一般教学内容较为枯燥，教学方法单一，学生的学习兴趣并不大，对于一些需要实物模型设备进行演示说明，对外景地进行实地考察调研的场合，又会受到场地设备等多方面的限制约束。目前一般只能借用于网络上的视频，图片等进行辅助教学，对学生来说并不能真正地深入了解学习，这就对传统的课程教学提出了新的要求。应用虚拟现实技术开发信息化课程资源，可以让枯燥的学习变得生动有趣，让学习者获得沉浸式的学习体验，让教育变的可视化。基于万维引擎技术进行溢流阀虚拟现实教学资源的开发，在此资源中，通过结构介绍和拆装应用，使学习者更加直观地了解溢流阀的内外部结构和具体拆装过程。应用爆炸观察、物体透明显示观察内部结构，设置引出线、物体高亮显示、语音文字介绍等介绍各部分结构名称，使学习者可以多角度观察溢流阀，并通过拆卸和装配的过程演示与练习，让学习者掌握溢流阀的装拆过程。在结构介绍和装拆过程演练之后，还可以通过考核模块，考察学习者对溢流阀基本知识的掌握程度，巩固所学知识。

虚拟现实信息化课程资源的开发，在未来的交互性课程中可以作为教学的重要补充。特别是在疫情线上教学期间，线上教学资源的开发显得尤其重要。在线上教学过程中，虚拟现实信息化课程资源的应用可以作为传统教学内容及方法的重要补充。采用沉浸式的教学，学生可以不受时间空间的限制，让学生有如身临其境的感觉。随着5G时代的来临，VR技术得到了更大的发展空间。让VR走进高校课堂，结合高校课程特点及需求，研究开发出适用于高校课程的VR实景体验，而不再仅仅局限于图片资料，在课堂教学上就可以进行不同场景的体验，提高学生的学习兴趣及学习积极性，教学效果获得进一步的提升。

参考文献：

[1] 郑戌冰，曲克晨.沉浸式虚拟现实教学对学习效果促进作用研究 [J].新疆广播电视大学学报，2019，23（4）：1-6.

[2] 邓赫男.虚拟现实技术在基础教学中的应用案例分析 [J].集成电路应用，2022，39（1）：78-80.

[3] 王帅.虚拟现实技术实训平台的设计开发与教学实践研究 [J].现代信息科技，2022，6（17）：191-194.

[4] 邓鹏玲，傅骏，廖先强，等.利用万维引擎开发铸造车间漫游VR作品 [J].河北农机，2019（9）：68.

[5] 邹永新，陈晓莹.基于虚拟现实技术的场景设计可视化建模研究 [J].现代电子技术，2021，44（1）：83-87.

[6] 宫海晓，贺杰.基于虚拟现实技术的三维场景重现方法研究 [C]//国家新闻出版广电总局中国新闻文化促进会学术期刊专业委员会.2020年第四届国际科技创新与教育发展学术会议论文集（卷一）.北京：香港新世纪文化出版社有限公司，2020：304-306.

[7] 朱海丰，杨骏，滕绪山，等.基于万维引擎平台的VR虚拟仿真实验自主开发——以模拟法测静电场实验为例 [J].物理与工程，2022，32（1）：131-135+142.

作者简介：李艳（1984—），女，汉族，福建莆田人，副教授，硕士，研究方向：机械设计、VR理论教学。