印刷是一個(gè)專業(yè)性、技能性很強(qiáng)的領(lǐng)域，它要求印刷機(jī)操作者熟練地掌握印刷機(jī)的操作規(guī)程，并且了解機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及傳動原理。但目前相關(guān)的教育機(jī)構(gòu)由于受到資金、場地等條件的限制，提供實(shí)訓(xùn)及演示的機(jī)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(xué)質(zhì)量。筆者提出將虛擬仿真技術(shù)帶入印刷專業(yè)教學(xué)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(kuò)大，對完善我國職業(yè)教育結(jié)構(gòu)，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會等方面發(fā)揮了積極作用。但同時(shí)，目前我國技工學(xué)校辦學(xué)條件和教學(xué)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(xué)機(jī)制和教學(xué)方法改革有待突破等等問題，嚴(yán)重制約了職業(yè)教育的發(fā)展。

加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)中心裝備建設(shè)、保證實(shí)踐教學(xué)時(shí)間，是滿足學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的前提條件和重要保證。因此，各學(xué)校在實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備和實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理上都加大了資金和人員投入，紛紛建立起實(shí)訓(xùn)室和實(shí)訓(xùn)基地，為實(shí)訓(xùn)教學(xué)的開展提供基本保障。即便如此，由于經(jīng)費(fèi)投入、設(shè)備更新?lián)Q代、場地限制和擴(kuò)招的原因，很多學(xué)校仍存在實(shí)訓(xùn)資源緊張，學(xué)生操作技能練習(xí)不足等問題，這將大大降低學(xué)生的動手能力和就業(yè)的競爭力。因此各學(xué)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(dāng)前實(shí)訓(xùn)中存在的一些問題。

 
Unity3D PRO 虛擬現(xiàn)實(shí)、跨平臺應(yīng)用程序開發(fā)引擎

印刷實(shí)訓(xùn)課教學(xué)存在的主要問題

1.實(shí)習(xí)設(shè)備種類少、陳舊、型號落后。目前在印刷專業(yè)學(xué)校存在的一個(gè)突出問題就是硬件條件差，一般學(xué)校教育經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足，而一臺國產(chǎn)四色印刷機(jī)也需幾十萬甚至幾百萬，對于大多數(shù)學(xué)校根本無力購買，學(xué)生人均占有的儀器設(shè)備數(shù)額少，檔次低。結(jié)果導(dǎo)致相關(guān)課程的實(shí)訓(xùn)基本無法開出，有些勉強(qiáng)開出的實(shí)訓(xùn)也由于設(shè)備數(shù)量嚴(yán)重不足滿足不了學(xué)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(bào)廢年限為止，而實(shí)際生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備更新?lián)Q代很快，這樣從學(xué)校培養(yǎng)出去的學(xué)生并不能夠在很短的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)崗位工作的需要。這很難達(dá)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(shí)習(xí)成本偏高，使實(shí)訓(xùn)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(jī)構(gòu)配備了進(jìn)口的多色膠印機(jī)，但由于實(shí)訓(xùn)中油墨、紙張耗材成本開銷較大，往往使實(shí)訓(xùn)流于形式。

3.校內(nèi)實(shí)訓(xùn)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(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)不及實(shí)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(xué)校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中普遍存在，這一現(xiàn)象導(dǎo)致學(xué)生雖然做了實(shí)訓(xùn)，但是校內(nèi)實(shí)訓(xùn)環(huán)境與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不一致，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)與職業(yè)崗位工作不一致，實(shí)訓(xùn)效果差，學(xué)生適應(yīng)企業(yè)工作崗位慢。

認(rèn)識虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，由于它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會類似的環(huán)境，從而能夠解決學(xué)習(xí)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(yù)言，虛擬現(xiàn)實(shí)將是繼多媒體、計(jì)算機(jī)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(shí)技術(shù)是利用三維建模技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)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(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要有動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)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(shí)技術(shù)主要側(cè)重于對真實(shí)物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起來的虛擬實(shí)訓(xùn)基地，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時(shí)生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性和交互性，使學(xué)生能夠在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中扮演一個(gè)角色，全身心地投入到學(xué)習(xí)環(huán)境中去，這非常有利于學(xué)生的技能訓(xùn)練。由于虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險(xiǎn)，學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機(jī)駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)中，學(xué)員可以反復(fù)操作控制設(shè)備，學(xué)習(xí)在各種天氣情況下駕駛飛機(jī)起飛、降落，通過反復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到熟練掌握駕駛技術(shù)的目的。

普通意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)需要大型計(jì)算機(jī)、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(yán)重制約著教育領(lǐng)域?qū)μ摂M現(xiàn)實(shí)的研究和應(yīng)用。但隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(shí)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低級工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口。通過各種輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實(shí)世界的充分交互，這些外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用輸入設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)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(shí)參與者缺少完全的沉浸，因?yàn)樗匀粫艿街車F(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)最大特點(diǎn)是缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，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(jìn)行桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)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(xué)工作的作用

在印刷機(jī)械教學(xué)中，需大量用到對機(jī)械的外觀、組成、結(jié)構(gòu)的展示，傳統(tǒng)教學(xué)大都采用實(shí)物(生產(chǎn)樣機(jī))展示的方法。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展示方法則以其廉價(jià)、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(xué)校設(shè)備短缺和落后問題產(chǎn)生的壓力。虛擬印刷實(shí)訓(xùn)車間能提供型號齊全、不會損壞的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，并且可以不斷地?cái)U(kuò)充和發(fā)展，虛擬實(shí)訓(xùn)室的功能可以隨著軟件維護(hù)的進(jìn)行而不斷進(jìn)步。利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實(shí)訓(xùn)，獲得與真實(shí)實(shí)訓(xùn)一樣的體會，從而豐富感性認(rèn)識，加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。

可以為學(xué)校節(jié)約資金投入。利用虛擬實(shí)訓(xùn)車間的訓(xùn)練作為實(shí)際訓(xùn)練的重要補(bǔ)充，可以使學(xué)生獲得不計(jì)成本、不計(jì)次數(shù)、不限時(shí)間的理論學(xué)習(xí)和操作訓(xùn)練，可以大量地減少紙張、油墨、機(jī)器磨損等消耗，降低了實(shí)訓(xùn)的成本。

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

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在印刷教學(xué)中的應(yīng)用方案

1.建立仿真模型。首先對印刷車間、印刷機(jī)械(外部結(jié)構(gòu))等進(jìn)行建模。使用3dsmax、Maya、MultigenCreator等三維制作軟件，其中3dsmax、Maya建模功能強(qiáng)大，對對象的細(xì)節(jié)描述非常生動，適合于對象的精細(xì)建模，但是其建模數(shù)據(jù)量非常大;MultigenCreator是專門為復(fù)雜的虛擬場景實(shí)時(shí)漫游設(shè)計(jì)的建模工具，與Vega為一個(gè)公司開發(fā)的三維建模軟件，能直接導(dǎo)入Vega進(jìn)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(shí)時(shí)性，但是在精細(xì)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(jī)械內(nèi)部主要傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模。使用Pro/E、Solidworks等機(jī)械三維制作軟件制作齒輪、凸輪、杠桿等機(jī)械零件，并對它們進(jìn)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(dǎo)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(jī)內(nèi)部零件的展示及拆解、印刷機(jī)部分機(jī)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(shí)現(xiàn)印刷機(jī)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(jìn)行動作的編輯和驅(qū)動;用VegaPrime驅(qū)動可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的交互操作機(jī)器的虛擬操作仿真;應(yīng)使用VC等編程軟件進(jìn)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(xué)軟件所需的形式將其有機(jī)地整合在一起，使之成為一個(gè)完整的、規(guī)范的教學(xué)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(shí)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(yùn)行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時(shí)，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。

當(dāng)今印刷專業(yè)的教學(xué)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(shí)技術(shù)這一先進(jìn)的平臺開發(fā)出適合教學(xué)實(shí)際的印刷機(jī)械的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)來彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，以此希望能夠改善目前一些印刷專業(yè)學(xué)校教學(xué)面臨的尷尬困境，使其教學(xué)水平得到質(zhì)的飛躍，為印刷業(yè)人才的培養(yǎng)作出貢獻(xiàn)。