胡曾堯

摘要：本文采用研發(fā)者與開發(fā)者雙角度，提出針對機械制造類虛擬仿真實訓(xùn)平臺撰寫腳本的建議。通過虛擬仿真軟件開發(fā)流程和技術(shù)特點，讓專業(yè)教師明確腳本撰寫的內(nèi)容和描述方式，更有效的提供虛擬仿真平臺開發(fā)前期的素材。最終達到縮減專業(yè)教師期望軟件功能與實際軟件功能之間偏差的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；軟件開發(fā)；腳本編寫

中圖分類號：G718.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0233-02

背景：職業(yè)教育近年來投入信息化軟件制作的成本較大，各校開發(fā)的專業(yè)軟件逐年增多，但依然存在開發(fā)學(xué)校的教師針對項目研發(fā)中腳本的編寫、軟件的功能需求、考評的設(shè)定等環(huán)節(jié)存在很多疑惑。導(dǎo)致與研發(fā)單位聯(lián)合開發(fā)的軟件不理想或應(yīng)用不順暢。本文重點針對開發(fā)機械制造類虛擬仿真平臺流程特點、模塊腳本撰寫注意事項、軟件功能開發(fā)思路三部分內(nèi)容進行闡述。

一、虛擬仿真平臺流程特點

開發(fā)應(yīng)用軟件特點：按照虛擬仿真平臺構(gòu)建流程的先后順序，開發(fā)過程中需應(yīng)用的軟件有：FLASH、PHTOTSHOP、3DMAX、Deep UV、V-ray、Unity3D等。每個軟件對應(yīng)一名技術(shù)人員，當(dāng)腳本沒有分類而是統(tǒng)一編寫時，每個技術(shù)人員將讀取全部腳本，然后提煉出自己工作范圍所需要的內(nèi)容。

1.Flash：可以繪制2D圖文，圖文以矢量方式存在，軟件可以制作2D動畫。Flash被大家所熟知，在虛擬仿真平臺中主要用于制作主界面、各類2D按鈕、提示信息。腳本需給出主界面布局意見及色彩偏好，對于功能按鈕應(yīng)明確指出行業(yè)習(xí)慣。

2.PHTOTSHOP：對網(wǎng)絡(luò)素材、照片、紋理圖片進行剪裁、疊加等處理，并修改渲染后的圖片，從新生成光影、紋理、全景貼圖。腳本需提供設(shè)備正體照片，各局部細節(jié)應(yīng)看到紋理。

3.3DMAX：模型制作軟件，通過實際物體樣式，安照比例繪制其虛擬實體，并按照用戶可見性進行模型優(yōu)化。腳本需說明交互機構(gòu)主體部分，并提供相應(yīng)機構(gòu)運動視頻。

4.Deep UV：圖形UV優(yōu)化軟件，一般由3DMAX制作人員使用，可將貼圖占用空間合理分配，使高清和普清區(qū)分。例如車床的搖臂上標(biāo)有刻度，為讓刻度清晰，則刻度貼圖UV分配較多即可。腳本需提供教學(xué)內(nèi)容，方便制作者明確用戶可見范圍而規(guī)劃UV分布。

5.V-ray：光影渲染效果。渲染貼圖效果，渲染越好真實度越高。腳本需對軟件視覺效果提出要求。

6.Unity3D：交互編程引擎。將上述前5個步驟制作的2D和3D素材導(dǎo)入到該引擎，進行交互程序的編寫，制作Unity3D交互程序之前，必須完成上述前5步。腳本需對軟件功能提出要求，說明交互動作及是否存在特效。

二、模塊腳本撰寫注意事項

1.軟件虛擬環(huán)境的要求。虛擬環(huán)境腳本對應(yīng)的是教學(xué)中情景教學(xué)部分，其中隱含有廠級、車間級的入廠安全教育，工作崗位的6S管理，生產(chǎn)車間的工藝框架，企業(yè)文化等素材。

如環(huán)境中，變電箱位置安裝在車間大門旁，車間中普通車床、銑床、磨床、吊車、鋸床、倉儲柜、工作臺擺放位置的合理性，車間墻體展板畫展示的工藝內(nèi)容和宣傳內(nèi)容。有吊車的車間需要合理規(guī)劃黃色安全行走路線，車間通風(fēng)設(shè)施安裝位置等，這些虛擬環(huán)境腳本在拍攝完參考企業(yè)照片后要先過濾一次，避免企業(yè)因保證生產(chǎn)效率而出現(xiàn)的事故隱患，這些隱患軟件制作者看不出。

2.軟件主體模型要求。主體模型包括儀器固定結(jié)構(gòu)模型、運動部分模型、拆裝部分模型、交互部分模型。

因為模型及模型貼圖占計算機運行空間的較大，尤其在軟件是網(wǎng)絡(luò)版，軟件模塊較大時，同時有多名學(xué)生運行時很卡，所以軟件開發(fā)者都會對模型進行優(yōu)化，優(yōu)化的依據(jù)是模型在軟件中的地位。固定結(jié)構(gòu)模型因常作為背景或次要目標(biāo)出現(xiàn)，所以模型采用簡化方式構(gòu)建，貼圖像素低，主要應(yīng)用于設(shè)備底部或背面，并且該部件在軟件中不存在運動。運動部分模型因在軟件中存在位移，所以周邊模型貼圖不能省略，制作時要使用動態(tài)陰影指令對其進行物理屬性的設(shè)定。拆裝部分模型則需要細化，例如拆裝中齒輪鍵槽互相之間要有卡位，用戶觀察這部分時通常會放大，所以貼圖要高清，模型節(jié)點要多，卡位時可以通過節(jié)點觸碰進行判斷。交互部分模型依據(jù)腳本編寫可能需要做成多模型、多貼圖來對應(yīng)一個機構(gòu)模型，甚至復(fù)雜的交互程序需要進行節(jié)點移動變形，即數(shù)據(jù)模型。

3.評價用關(guān)鍵參數(shù)點?？己嗽u價是虛擬仿真軟件的一個核心部分，但由于腳本提供者給予的素材太少，導(dǎo)致沒法滿足考評要求，甚至出現(xiàn)錯誤考評。虛擬仿真開發(fā)課程系統(tǒng)中，考評基本分為三種類型進行判斷打分。第一種情況為單一條件判斷，第二種為復(fù)合條件判斷，最后一種為行為結(jié)果判定。

單一判斷例如我們的考試卷，無論是單選、多選、填空、答案是指定的，唯一的，即滿足該條件則視為完成或正確。在實際例子中如開機后首先讓機床回零參考點，如果操作者不先回零則可以視為操作錯誤。多選也在此范圍內(nèi)，即滿足兩個或多個參數(shù)條件后即視為正確，否則為錯誤。

復(fù)合條件判斷，即考評問題與答案都不是唯一的，例如車床加工某階梯軸零件，考生A操作虛擬車床先切割了端面然后開始切割外圓，考生B先切割了外圓再加工端面，這兩種工藝順序無法判定考生B就是錯誤的。另外如考生選擇刀具加工參數(shù)，不能因為選擇的刀具已經(jīng)確認，就判定該刀具的加工參數(shù)值，還要依靠所加工工件材質(zhì)、圖紙尺寸、裝夾方式等進行判斷。這些判斷條件在作者接觸過的腳本中很少有教師提供完全，因為包含種類較多，內(nèi)容復(fù)雜。經(jīng)研討后，建議將這類復(fù)合條件判定進行參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，與操作流程繪制成為一張表格，讓老師瀏覽后人為的判定成績。

行為結(jié)果判定通常應(yīng)用在全國技能大賽中，即操作過程考核忽略，最終結(jié)果考評為主。如虛擬仿真數(shù)控車床加工完成的工件作品，考評時直接將考試作品提交到檢測中心，對虛擬模型尺寸進行檢測，依據(jù)檢查結(jié)果給予成績。

三種考評方式可以結(jié)合使用，也可以重點突出一項，但需要專業(yè)教師將考評方式在腳本中作以說明。

三、軟件功能開發(fā)

軟件功能即軟件的表現(xiàn)形式。軟件功能需求是決定虛擬仿真軟件對實訓(xùn)操作仿真程度的關(guān)鍵。但很多軟件制作者由于缺乏專業(yè)技能和知識，開發(fā)出的功能單一甚至不符合實際。這就需要相關(guān)專業(yè)教師的配合。

軟件功能需求主要從以下幾個主要環(huán)節(jié)進行考慮：引導(dǎo)模式構(gòu)建，理論知識可視化，交互過程屬性化、考評功能與提示。

1.引導(dǎo)模式構(gòu)建。教師需要思考的是在學(xué)生無人指導(dǎo)的情況下，如何完成課程主要內(nèi)容的預(yù)習(xí)，這里軟件的操作會由制作者提供操作手冊和操作教學(xué)模式來引導(dǎo)學(xué)生，所以教師僅需要考慮的是傳授知識部分的表現(xiàn)形式。

通常采用的引導(dǎo)模式有，鼠標(biāo)移動到機械部件處時，自動彈出該部件名稱，在顯示名稱時點擊左鍵將彈出語音和文字的詳細注解，鼠標(biāo)右鍵點擊該部件時，計算機自動將該部分進行拆解，并可以實現(xiàn)360度觀察。軟件邊角可制作小地圖用來指示人物位置，當(dāng)前需要學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)會進行閃爍或有明顯標(biāo)示。

2.理論知識可視化。理論知識表現(xiàn)形式，例如常見的透視法。在制作萬用表測量理論時，使用虛擬電波代表電路移動，實現(xiàn)虛擬物與圖表同時構(gòu)建的方法講授理論知識。虛擬電波從正電極進入后，每經(jīng)過一個元器件時，虛擬器件會進行閃爍并變換顏色，二維圖表中的儀器符號也會閃爍并變成相同顏色，出現(xiàn)電路分流時，電波變?yōu)樯钏{和淺藍不同顏色，并沿著并聯(lián)電路移動，二維圖表電路圖也同時變色移動，萬用表表外蓋透明化，學(xué)生可以直觀觀察到表的內(nèi)部。故障和事故的演示方法也可以采用同樣表現(xiàn)手法。

3.交互過程屬性化。交互過程的表現(xiàn)形式多種多樣，屬性化后的交互操作更接近于真實現(xiàn)場操作。提高操作樂趣可以表現(xiàn)在兩個方面，一是通過硬件設(shè)備來提高操作真實度，例如三維虛擬全息成像頭盔、立體手套等。二是通過基礎(chǔ)操作設(shè)備仿真實際操作動作，由于匹配專用的操作手柄在實際應(yīng)用中對手柄進行維修維護很不方便，很多學(xué)校在給學(xué)生實習(xí)時依然采用常見的鼠標(biāo)鍵盤組合。普通的設(shè)備按鈕操作可以用鼠標(biāo)點擊或鍵盤按鈕點擊就可以表現(xiàn)出很好的模仿度，但是手柄和搖桿、以及搬運時的交互控制屬性就要好好設(shè)計了。因為普通的鼠標(biāo)僅能是鼠標(biāo)中間提供正負軸的敏感度這個參數(shù)值，而不會依據(jù)手掌的握力大小提供參數(shù)值，以達到控制效果。而虛擬仿真軟件卻可以判斷出鼠標(biāo)移動速度大小，也可以判斷手柄軸偏置數(shù)值的大小，合理設(shè)計操作方式，讓學(xué)生告別“點擊時代”，提高實際機床的操作熟練度。

4.考評功能與提示。提示信息的表現(xiàn)方式多種多樣，可以直接采用文字告知的提示方式，也可以隱含的通過設(shè)備運轉(zhuǎn)聲音的異常提示操作者，可以用火花等視覺效果提示操作者。有時設(shè)計出現(xiàn)提示信息與真實情況不統(tǒng)一，是教師為方便學(xué)生學(xué)習(xí)而虛擬加入的元素。所以需要做出注解說明。

考評功能要依靠課程的教學(xué)大綱進行有歸納的設(shè)計，考評方式可以單獨拿出一個模塊進行考試，考評結(jié)果一般采用列表的形式在學(xué)生提交作品或完成項目任務(wù)后出現(xiàn)，讓學(xué)生看清楚考評內(nèi)容和自己的操作結(jié)果。當(dāng)然也可以在考試中出現(xiàn)扣分條，在設(shè)計考評環(huán)節(jié)時應(yīng)多考慮以競賽形式提交作品，學(xué)生比較喜愛競賽得分。

四、總結(jié)

軟件腳本應(yīng)按照內(nèi)容分類。例如給模型制作者提供模型腳本、給交互制作者提供功能腳本。不分類的腳本很容易導(dǎo)致本末倒置。軟件模塊腳本應(yīng)對專業(yè)部分進行詳細描述。例如項目研發(fā)是數(shù)控車床的故障維修，因習(xí)慣性將腳本內(nèi)容寫為如何檢測，導(dǎo)致開發(fā)軟件重檢測輕維修。軟件功能腳本給出目標(biāo)效果。例如拆裝時，要求制作動態(tài)拆裝過程，操作者必須在選擇正確工具、給出正確旋轉(zhuǎn)方向、合適拆裝力度三個必要條件時，方可觸發(fā)拆裝交互。如不做功能說明，制作者常采用“點擊”即播放拆裝動畫的方式完成交互，這樣大大降低了虛擬仿真軟件的交互性。

參考文獻：

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