当前,我国对职业教育质量的重视程度越来越高,支持力度也越来越大。国务院、教育部先后发布了《国家职业教育改革实施方案》《职业教育提质培优行动计划(2020—2023年)》 等文件,要求各地高等职业院校要优化职业教育发展环境,探索产教融合、校企合作等方式,利用现代信息技术推动人才培养模式改革,建立示范性虚拟仿真实训基地,大幅提升职业院校教育数字化、现代化水平。

虚拟仿真教学,是指在利用仿真技术、虚拟现实技术以及数字化教学资源的基础上,对相关课程进行仿真化模拟教学。虚拟仿真教学的本质,是以学科规律为基底,通过虚拟仿真实体,通过不同流程、工艺和操作产生不同结果,形成信息化、沉浸式、交互式的数字化教学。

对于一些特殊的职业技能培训课程,特别是现场感较强的学科,如电气、机械、热动等的实验实训,这些学科的实践教学通常存在实验危险系数高、实验设备及器材昂贵、实验受时空限制等因素影响,容易导致学生实操机会少,实操技能掌握不牢的现象。而通过用虚拟模拟现实规律原理的虚拟仿真教学方式,具有情境性、交互性、开放性和共享性的特征,不受时间和空间限制,学生可反复进行操作练习,一方面降低了教学成本,提高了教学资源利用率,另一方面也能提高教学质量,为社会输送优质的职业技术人才。

因此,对于各职业院校而言,紧跟时下虚拟现实技术的发展趋势,结合职业院校实训实践的教学需求和企业的用人需求,打造虚拟仿真教学实训室迫在眉睫。

国内全栈式3D数字化解决方案提供商积木易搭为各职业院校提供职校虚拟仿真实验室建设解决方案,其打造的职校虚拟仿真教育实训室软硬件一体化操作,支持多种3D技术路线及云渲染、端渲染、云端协同渲染,沉浸感强、交互丰富,同时兼具单人、多人、分角色实验实训考核等功能,赋能职校提升教学质量,为社会输送优质技术型人才。

1、高精度3D建模,对教学环境、实验操作设备进行仿真模拟,提升场地设备认知

虚拟仿真教学实训室的搭建离不开对线下实操课程内容的还原,因此也自然少不了对课程现实教学环境、实验操作设备等的仿真模拟。

为了让学生有亲临现场实训的真实感,且能够在一个安全的环境中接受培训,积木易搭对类似工厂厂房、车间、产线及相关设备等实训课程关键要素进行1:1还原数字化建模。针对实验操作设备等单体物品,积木易搭采用高精度扫描设备(最高精度可达0.01mm)实现对设备的1:1还原;针对实训环境等三维虚拟场景区域,积木易搭则利用测量测绘、遥感航拍等方式进行三维建模。

(实训设备高精度3D建模)

通过高精度3D建模,高度还原线下实际实训现场及实验操作设备,让原本具有一定危险性、实操高度依赖现实环境的实训实验内容在三维空间进行逼真呈现,学生能够在仿真系统中沉浸式学习,收获实训知识,打牢实践技能基础。比如通过在工厂中自由行走、浏览,了解生产车间的构造布局、工艺流程、设备详细信息等。

2、结合虚拟仿真技术特征与实训实际应用进行项目设计

在开发虚拟仿真实训室的过程中,积木易搭利用虚拟世界的特点,结合实训实际应用来进行实训项目设计。在虚拟世界中,实验空间无限,状态稳定,实验误差可控,从而让复杂繁琐的实训验准备过程、小心翼翼地实际操作变得可重复、容错率高,大大提高学生的实训效率。

此外,利用虚拟仿真实训教学的方式,能让实验实训不再受到场地和时间的束缚,实验实训随时随地可以进行。除了课堂训练,学生还可以利用课余时间进行反复研究与操练,高效便捷。

(根据课程培训需要,设置不同的实训操练环节,学生可反复操练)

3.支持多种3D技术路线,搭配VR/AR设备,体验生产全流程虚拟实操,安全可靠

职业院校的职业技能培训,专业性要求高。因此,在实际教学过程中,对于实训基地的专业性要求也非常高。积木易搭为职业院校打造的虚拟仿真实训室搭配VR设备,VR设备可以从声音、视觉、氛围等多维度对实训内容进行立体化呈现,结合多人同步技术,实现实训内容全流程实操,让学员有充分的实操锻炼机会。

同时,积木易搭打造的虚拟仿真实训室支持Unreal Engine、Unity3d、WebGL等各种技术开发,支持以APP、PC软件系统、小程序H5等各种承载方式来对仿真实训内容、流程等进行承载。除了能够满足VR设备应用之外,还支持AR、全息、大屏、手机等各种终端应用场景展示,打破硬件环境约束,方便随时随地实训教学。

4、实训考评管理,查漏补缺,进一步巩固教学质量

除了模拟实训教学内容,积木易搭打造的虚拟仿真实训室方案还配有学员实训考评管理,在实训的基础之上建立考核机制。一方面,老师可通过学生的考核结果,针对实训重难点、学生操作集中错误点等内容进行重点培训;另一方面,学生能够通过考评来检测知识点的掌握程度,查漏补缺,进一步巩固学习内容。

5.支持云渲染、端渲染、云端协同渲染三种技术,满足各层次虚拟仿真实训用户体验

渲染计算是获得沉浸式视觉以及更自然的人机交互应用的关键。积木易搭基于云渲染、云端协同渲染、端渲染三种技术体系,能够实现虚拟仿真实训教学内容即时进行视觉、听觉、触觉、运动感融合的感知交互,画面实时传输,画质清晰,并具有高沉浸感、高逼真性,整个操作过程可监控,教师随时了解每位学生的实训过程及问题。最终能够满足各种层次虚拟仿真实训用户的体验。

以积木易搭为某职业院校搭建的地铁站运行监控仿真实训系统为例,利用计算机3D和虚拟现实技术来建立大型地铁车站的运行监控虚拟仿真系统,解决地铁运行监控的实训问题,提高学生的专业素养和就业能力。

(积木易搭大型地铁车站运行监控虚拟仿真系统)

该地铁车站运行监控虚拟仿真系统构建了一个典型地铁站台的全部场景,包括站台全场景、站台设备、路轨、列车、接触网等,1:1真实还原地铁站台的整体构造;而在监控系统层面,设置了站台监控跟设备监控两个层级,监控内容包括售票机、闸机、客服中心等,最终构建一个包含了完整的内部逻辑控制关系的地铁站运行系统。通过VR设备、大屏幕投影等,能够让学生们或独立认知设备,或多人联合进行列车进站的多角色虚拟实训,更好地熟悉理解地铁站台的运行操作,提升专业技能。

(虚拟地铁站台内可交互操作)

整个地铁站台虚拟仿真实训系统功能包括站台的3D显示,即站台的场景镜头可以通过鼠标操作自由旋转、拉远、推近,并用动画方式展示列车进出站的整个过程;站台的场景漫游功能,即在3D场景中,浏览者可以以第一人称方式在场景中行走,对站台整个全景进行浏览;地铁基础设备、运行监控认知,建立地铁站各设备的3D模型,并融入地铁运行控制原理进行交互设计,学员通过交互式鼠标点选操作,即可查看地铁站内对应的设备并进行对应控制功能的交互操作。

(可模拟查看设备实时状态)

该实训系统具有易操作性、专业性、开放性、可维护性、扩展性等特征。

当前,虚拟仿真实训教学方式是职校在降本增效的基础上,注重教学资源建设与应用,打造实训教学数字化转型的“新范式”。积木易搭职业院校虚拟仿真实训室解决方案为各职业院校打造3D数字化“新课堂”,助力其智慧校园建设及数字化转型。