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《基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索 摘要：探索利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)把“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖制作成基于圖片的“魔法書”，并開發(fā)出基于智能手機(jī)的識(shí)別程序，學(xué)生利用手機(jī)拍攝“魔法書”上的機(jī)構(gòu)圖片，則會(huì)在手機(jī)屏幕上自動(dòng)呈現(xiàn)出該機(jī)構(gòu)的三維模型，運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪畫思路、畫法以及自由度計(jì)算等，從而擴(kuò)充學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程的教學(xué)效果?！ ￡P(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-9324（2014）46-0131-02 傳統(tǒng)的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中使用圖片、動(dòng)畫、視
2、頻等多媒體方式來演示像機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖等知識(shí)點(diǎn)的方法雖然能夠?yàn)閷W(xué)生提供比較形象、相對(duì)更容易的講解手段，但無法與學(xué)生進(jìn)行有效的交互，難以完全滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求?！ ≡鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented6Reality，AR）是由虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展出來的新研究領(lǐng)域，是一種將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息與真實(shí)環(huán)境進(jìn)行融合的技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不是把使用者與真實(shí)世界隔離，而是將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，構(gòu)造出虛實(shí)結(jié)合的空間，其中真實(shí)物體和虛擬對(duì)象是共存的，可以互相增強(qiáng)或互為補(bǔ)充[1]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借聲音技術(shù)、三維影像、用戶交互等優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生提供一個(gè)三維的虛擬環(huán)境，讓學(xué)生身臨其境一般，通過
3、與虛擬場(chǎng)景交互獲得知識(shí)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因此，近年來，越來越多相關(guān)研究者研究如何把增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中。 一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 1.利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景。該形式的教學(xué)應(yīng)用的主要特征是利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)有意義的真實(shí)世界的問題和情境進(jìn)行模擬與表征，從而構(gòu)成一種混合的虛實(shí)環(huán)境來支持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。如哥倫比亞大學(xué)曾開發(fā)出移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（MARS），通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為校園景觀添加的虛擬的多媒體信息，以幫助學(xué)生了解學(xué)校的歷史；北京理工大學(xué)王涌天教授的團(tuán)隊(duì)，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)作的大型主題景觀《虛擬圓明園》，成為進(jìn)行
4、愛國(guó)主義教育的典范。美國(guó)麻省理工大學(xué)也創(chuàng)作了各種教學(xué)用的“魔法書”，只需要使用一個(gè)攝像頭對(duì)著書籍中的圖案或文字就會(huì)有一個(gè)三維圖形展示出來，通過三維圖形來展示各種知識(shí)點(diǎn)。 2.利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)革新教學(xué)模式。信息技術(shù)本身就已使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式發(fā)生了改變，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)依靠其鮮明的特色和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在推進(jìn)教學(xué)模式變革的過程中更能凸顯其地位與價(jià)值。在此環(huán)境中學(xué)習(xí)者可以利用各種工具和信息資源（如文字材料、書籍、音像資料、CAI與多媒體課件以及Internet上的信息等）來達(dá)到自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在這一過程中學(xué)習(xí)者不僅能得到教師的幫助與支持，而且學(xué)生之間也可以相互協(xié)作和支持。馬德里
5、卡洛斯三世大學(xué)的科研人員利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀地看到上課教學(xué)內(nèi)容和筆記或者評(píng)論，并判斷學(xué)生是否理解講課內(nèi)容，達(dá)到增進(jìn)教師與學(xué)生的溝通的目的。6 3.利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)游戲開展課外活動(dòng)。在古希臘語里，“游戲（Paidia）和“教育（Paideia）”只有一個(gè)字母之差，二者均與“成長(zhǎng)（Pais）”有關(guān)，可以說教育與游戲從一開始就結(jié)下了不解之緣。游戲是人類的天性，人類的學(xué)習(xí)很多都是在游戲中獲得的。游戲不僅具有娛樂功能，而且還具有良好的教育功能，游戲中的情境、人物、任務(wù)設(shè)計(jì)都體現(xiàn)一定的教育傾向，游戲是孩子們傳遞信息、培養(yǎng)情感和發(fā)展智能的活動(dòng)形式，也是探索和學(xué)習(xí)無縫結(jié)合的好
6、方法，學(xué)生在游戲中表現(xiàn)出的注意力集中、思維活躍和協(xié)作能力超越其他方式。游戲還是一種思維工具，可以考量用戶的思維能力、反應(yīng)能力和創(chuàng)造能力?？茖W(xué)合理地開發(fā)和利用游戲也不失為學(xué)校教育的一種策略。如韓國(guó)開發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲ARPushPush運(yùn)用追蹤器檢測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng)，并通過頭盔顯示器為用戶提供包含了虛擬景觀的視野，能很好地訓(xùn)練用戶的運(yùn)動(dòng)能力和空間思維能力。北京理工大學(xué)開發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)海底漫游系統(tǒng)讓用戶得以使用交互體驗(yàn)設(shè)備和虛擬場(chǎng)景中的海洋生物互動(dòng)、嬉戲；威亞視訊科技開發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)娛樂體驗(yàn)項(xiàng)目“廣東夢(mèng)想探險(xiǎn)”，實(shí)現(xiàn)了珠江暢游、海底漫游和太空探索三個(gè)場(chǎng)景，由軌道電車引領(lǐng)觀眾在不同的
7、主題場(chǎng)景中進(jìn)行漫游，體驗(yàn)亦真亦幻般的世界、虛實(shí)結(jié)合的科技奧秘?！ 《?、本課題的實(shí)現(xiàn)思路及主要研究?jī)?nèi)容 本課題利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作一本介紹機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖畫法的、基于圖片的“魔法書”。學(xué)生利用手機(jī)上的攝像頭拍攝到“魔法書”6上的機(jī)構(gòu)圖片，則會(huì)在手機(jī)屏幕上自動(dòng)呈現(xiàn)出該機(jī)構(gòu)的三維模型、運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪畫思路、畫法以及自由度計(jì)算等[2]。具體實(shí)現(xiàn)思路及對(duì)應(yīng)的研究?jī)?nèi)容如圖1所示?！ ∪?、本課題擬解決的關(guān)鍵技術(shù) 目前基于計(jì)算機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要包含場(chǎng)景采集系統(tǒng)、跟蹤注冊(cè)系統(tǒng)、虛擬場(chǎng)景發(fā)生器、虛實(shí)融合系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和人機(jī)交互界面等[3]。硬件主要包括計(jì)算機(jī)、攝像頭、頭盔顯示器和硬
