印刷是一個專業(yè)性、技能性很強的領域，它要求印刷機操作者熟練地掌握印刷機的操作規(guī)程，并且了解機器的內(nèi)部結(jié)構及傳動原理。但目前相關的教育機構由于受到資金、場地等條件的限制，提供實訓及演示的機器存在著數(shù)量少、型號陳舊等問題，在一定程度上影響了印刷專業(yè)的教學質(zhì)量。筆者提出將虛擬仿真技術帶入印刷專業(yè)教學中的必要性，并對如何采用虛擬仿真技術提出了應用方案。

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)模不斷擴大，對完善我國職業(yè)教育結(jié)構，服務經(jīng)濟社會等方面發(fā)揮了積極作用。但同時，目前我國技工學校辦學條件和教學設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，辦學機制和教學方法改革有待突破等等問題，嚴重制約了職業(yè)教育的發(fā)展。

加強實訓中心裝備建設、保證實踐教學時間，是滿足學生培養(yǎng)目標的前提條件和重要保證。因此，各學校在實訓儀器設備和實訓教學管理上都加大了資金和人員投入，紛紛建立起實訓室和實訓基地，為實訓教學的開展提供基本保障。即便如此，由于經(jīng)費投入、設備更新?lián)Q代、場地限制和擴招的原因，很多學校仍存在實訓資源緊張，學生操作技能練習不足等問題，這將大大降低學生的動手能力和就業(yè)的競爭力。因此各學校除了傳統(tǒng)設備的投入，需要充分利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)虛擬工廠、虛擬車間，考慮利用虛擬技術來解決當前實訓中存在的一些問題。

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

印刷實訓課教學存在的主要問題

1.實習設備種類少、陳舊、型號落后。目前在印刷專業(yè)學校存在的一個突出問題就是硬件條件差，一般學校教育經(jīng)費嚴重不足，而一臺國產(chǎn)四色印刷機也需幾十萬甚至幾百萬，對于大多數(shù)學校根本無力購買，學生人均占有的儀器設備數(shù)額少，檔次低。結(jié)果導致相關課程的實訓基本無法開出，有些勉強開出的實訓也由于設備數(shù)量嚴重不足滿足不了學生動手的需求，而且都是購買了一批設備要使用到設備的報廢年限為止，而實際生產(chǎn)企業(yè)的設備更新?lián)Q代很快，這樣從學校培養(yǎng)出去的學生并不能夠在很短的時間內(nèi)適應崗位工作的需要。這很難達到教育部提出的“基地設備保持同期企業(yè)生產(chǎn)使用設備水平，并具有一定的超前性”要求。

2.實習成本偏高，使實訓流于形式。雖然目前國家對職業(yè)教育的投入加大，一些教育機構配備了進口的多色膠印機，但由于實訓中油墨、紙張耗材成本開銷較大，往往使實訓流于形式。

3.校內(nèi)實訓環(huán)境與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不一致。由于印刷設備的規(guī)格型號很多，一般學校也只能選擇配備某一種型號的，一般是同類設備中檔次較低的，設備更新?lián)Q代的速度更是遠遠不及實際工作現(xiàn)場設備的更新?lián)Q代速度，所以設備老化及型號單一情況在學校實訓教學中普遍存在，這一現(xiàn)象導致學生雖然做了實訓，但是校內(nèi)實訓環(huán)境與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不一致，校內(nèi)實訓與職業(yè)崗位工作不一致，實訓效果差，學生適應企業(yè)工作崗位慢。

認識虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術是運用計算機對現(xiàn)實世界進行全面仿真的技術，由于它能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實社會類似的環(huán)境，從而能夠解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求，從而在教育領域內(nèi)有著極其巨大的應用前景，可以預言，虛擬現(xiàn)實將是繼多媒體、計算機網(wǎng)絡之后，在教育領域內(nèi)最具有應用前景的“明星”技術。

虛擬現(xiàn)實技術是利用三維建模技術，構建一個與現(xiàn)實世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場景，并能響應用戶的輸入，根據(jù)用戶的不同動作做出相應的反應。虛擬現(xiàn)實的關鍵技術主要有動態(tài)環(huán)境建模技術、實時三維圖形生成技術、立體顯示和傳感器技術等。虛擬現(xiàn)實技術主要側(cè)重于對真實物體物理特征的仿真，也稱為視景仿真。

利用虛擬現(xiàn)實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據(jù)需要隨時生成新的設備。教學內(nèi)容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發(fā)展。同時，虛擬現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使學生能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到學習環(huán)境中去，這非常有利于學生的技能訓練。由于虛擬的訓練系統(tǒng)無任何危險，學生可以不厭其煩地反復練習，直至掌握操作技能為止。例如：在虛擬的飛機駕駛訓練系統(tǒng)中，學員可以反復操作控制設備，學習在各種天氣情況下駕駛飛機起飛、降落，通過反復訓練，達到熟練掌握駕駛技術的目的。

普通意義上的虛擬現(xiàn)實需要大型計算機、頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套、洞穴式投影、密封倉等昂貴設備，一般的教育單位是不可能承受的，資金不足嚴重制約著教育領域?qū)μ摂M現(xiàn)實的研究和應用。但隨著科學技術的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術出現(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)實技術非常簡單，需要投入的成本也不高，而且在教育領域內(nèi)可應用的范圍很廣。桌面虛擬現(xiàn)實利用個人計算機和低級工作站進行仿真，將計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口。通過各種輸入設備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互，這些外部設備包括鼠標、追蹤球、力矩球等。它要求參與者使用輸入設備，通過計算機屏幕觀察360度范圍內(nèi)的虛擬境界，并操縱其中的物體，但這時參與者缺少完全的沉浸，因為它仍然會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾。桌面虛擬現(xiàn)實最大特點是缺乏真實的現(xiàn)實體驗，但是成本也相對較低，因而，在教育領域內(nèi)可應用的范圍很廣。在軟件方面，目前有很多成熟的軟件平臺可以進行桌面型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)，如MultigenVegaPrime、EONStudio、Virtools、VRML等。

采用虛擬技術對印刷教學工作的作用

在印刷機械教學中，需大量用到對機械的外觀、組成、結(jié)構的展示，傳統(tǒng)教學大都采用實物(生產(chǎn)樣機)展示的方法。采用虛擬現(xiàn)實技術的展示方法則以其廉價、無場地限制和效果良好的優(yōu)勢得以廣泛應用。

能在一定程度上緩解學校設備短缺和落后問題產(chǎn)生的壓力。虛擬印刷實訓車間能提供型號齊全、不會損壞的實訓設備，并且可以不斷地擴充和發(fā)展，虛擬實訓室的功能可以隨著軟件維護的進行而不斷進步。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，學生足不出戶便可以做各種各樣的實訓，獲得與真實實訓一樣的體會，從而豐富感性認識，加深對教學內(nèi)容的理解。

可以為學校節(jié)約資金投入。利用虛擬實訓車間的訓練作為實際訓練的重要補充，可以使學生獲得不計成本、不計次數(shù)、不限時間的理論學習和操作訓練，可以大量地減少紙張、油墨、機器磨損等消耗，降低了實訓的成本。

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

虛擬現(xiàn)實技術在印刷教學中的應用方案

1.建立仿真模型。首先對印刷車間、印刷機械(外部結(jié)構)等進行建模。使用3dsmax、Maya、MultigenCreator等三維制作軟件，其中3dsmax、Maya建模功能強大，對對象的細節(jié)描述非常生動，適合于對象的精細建模，但是其建模數(shù)據(jù)量非常大;MultigenCreator是專門為復雜的虛擬場景實時漫游設計的建模工具，與Vega為一個公司開發(fā)的三維建模軟件，能直接導入Vega進行編輯，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)境的實時性，但是在精細建模方面卻不能和上面提到的軟件相提并論。其次，對印刷機械內(nèi)部主要傳動機構進行建模。使用Pro/E、Solidworks等機械三維制作軟件制作齒輪、凸輪、杠桿等機械零件，并對它們進行裝配。

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、印刷機內(nèi)部零件的展示及拆解、印刷機部分機構傳動過程的動態(tài)演示及相關視頻和動畫的鏈接、通過虛擬操作面板實現(xiàn)印刷機的虛擬基礎操作。設備外觀、結(jié)構的展示，可使用EON進行動作的編輯和驅(qū)動;用VegaPrime驅(qū)動可以實現(xiàn)更復雜的交互操作機器的虛擬操作仿真;應使用VC等編程軟件進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、場景按照教學軟件所需的形式將其有機地整合在一起，使之成為一個完整的、規(guī)范的教學軟件。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)平臺的運行插件，因此，系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時，只需考慮軟件功能的安排，注意程序間的兼容性即可。

當今印刷專業(yè)的教學不應再只是單純地依靠書本、教師授課的形式。我們應該借助虛擬現(xiàn)實技術這一先進的平臺開發(fā)出適合教學實際的印刷機械的虛擬仿真教學系統(tǒng)來彌補傳統(tǒng)教學方式的不足，以此希望能夠改善目前一些印刷專業(yè)學校教學面臨的尷尬困境，使其教學水平得到質(zhì)的飛躍，為印刷業(yè)人才的培養(yǎng)作出貢獻。