1有关需要技术介绍
通过运用虚拟现实技术，可以将很多实验环节通过某些设备和手段传给计算机，然后通过软件的解释输入给计算机，可以由计算机虚拟和仿真来实现，增加了学生对具体场景的理解和深入，为培养高素质的具有很好动手能力的学生奠定了一个最基本的基础。当然，更深一层的意义将是对现代教育思想的发展和探索。在此研究中，主要针对可视化、多媒体通信等关键技术进行了探索。
2系统设计与开发
在系统设计与开发过程中，首先需要设计虚拟实验教学环境模型。分别由用户、操作接口、虚拟仪器实体模型、虚拟器件实体模型以及虚拟场景实体模型等，其中在虚拟仪器实体模型、虚拟器件实体模型以及虚拟场景实体模型中都要用到数学模型。
2.1系统设计流程
在虚拟实训教学环境设计与研究中，虚拟教学环境构建流程。从环境设计开始，由环境建模、资源建模、用户建模组成，然后经过动作定义，最后到达环境实现。根据虚拟教学环境设计流程，可以确定虚拟教学环境的内容，依据其体系结构建立虚拟教学环境。在环境、资源及用户建模中，数学模型的建模过程基本相同（如SPICE模型）。而为了尽量逼真地模拟出场景、仪器和元器件的外形和操作，虚拟实验一般采用三维建模和绘制技术进行环境、资源和用户的实体建模。过程如下：①建立基本模型；②确定参数；③加入随机误差和随机化初始条件。
2.2虚拟装配的设计与实现流程
经历了三维实体模块、模型处理、模型导入场景、模型交互以及界面处理几部分。虚拟装配，是实际装配过程在计算机上的本质体现。虚拟装配流程中，三维实体模型的建模是基础。实体模型包括每个实训任务中需要的各种虚拟场景、虚拟样机（实验对象）、虚拟仪表、虚拟手等。首先借助传统的专业三维模型软件Maya建立实验对象（如S700K型转辙机）的装配模型（模型创建）。其生成的虚拟实体数据文件，通过COLLADA转换为WebGL引擎可以解析的XML数据文件（模型处理）。为了将WebGL与Collada关联，本研究的虚拟中心采用了SpiderGL这种开源的WebGL引擎。该引起可以直接异步解析Collada格式数据。这种结构的优势是利用服务器端Collada服务可实现内容的动态获取和创建。然后在虚拟实训环境中（模型导入场景），模拟实训对象的实际装配过程（模型交互）。在虚拟装配环境中，干涉一般发生在当前移动的物体（包括零部件、工具、夹具）与静止物体（虚拟装配场景、已装配的零部件、工具、夹具）之间。以高速铁路通信信号专业研究为例，分别以图示清晰地描述了虚拟装配操作界面、虚拟装配算法流程、转辙机壳体虚拟装配视图，实现了对虚拟装配过程的显示与控制。
3虚拟实训报告
实训报告是非常重要的一个实训教学环节，它不仅要简要说明实训内容、原理、使用元件仪器，还要记录实训中测试的数据、观测的信号波形等信息，同时还要对实训结果等进行相应的计算、判断和分析。实训报告处理过程示意，首先实验数据、图像等信息记录经过分析处理模块，利用实验报告模板，实验报告生成模块形成，然后是实验报告，最后是进入数据库服务器。
4基于虚拟实训的课堂教学模式实验分析
基于虚拟实训的教学结果到底如何？实验选取某高职院校通信信号技术专业的学生作为主体实验对象。他们所开设的主干课程—《通信信号设备与编程》作为实验的具体对象之一，此课程理论教学的总学时在改革新的教学模式后由原来的160学时减少为120学时，而课程内容基本保持不变，运用传统的教学方法，在有限的120学时内把通信信号设备与编程的全部知识传授给学生根本无法实现。因此，需要新的教学模式和方法解决这个问题。选取开设同样课程、学生总体水平相同的两个班级作为实验研究对象，实验教学班为082班，传统教学班为081班，每个班学生人数都是48人，其中实验班采用基于通信信号仿真软件的课堂教学模式，普通教学班采用传统教学模式。《通信信号设备与编程》课程试验班与传统班教学情况对比。一年来的教学实际情况反映显示，虚拟通信信号仿真在《通信信号设备与编程》课程教学中的应用前景广阔。虚拟通信信号仿真在高职学校通信信号技术专业的应用必将改革传统的通信信号专业教学模式，虚拟通信信号仿真是实施以学生为中心的教学必备工具，也是理论、实践相结合教学的桥梁，是一种对学生实际能力培养的有效解决途径，期冀基于虚拟通信信号仿真软件的教学模式成为通信信号技术专业课堂教学改革的发展方向。通过对比分析，得出在实验班比传统班教学学时少40学时的情况下，实验班总体成绩仍大大好于正常班，但同时也看到了实验班的编程优秀率没有传统班的高，分析其中原因，在通信信号仿真上“操作精度”和“熟练程度”不好保证，要想成为熟练有技术的操作工，还必须多多增加学生的一线实践，提高学生的实践动手能力。合理的进行系统化教学设计使通信信号仿真课与真实的实践课比例达到最佳，实现教学效果的最优化。
5结语
对于基于三维情境的虚拟现实教学环境研究，根本在于立足虚拟现实技术的教学优势，要想提高虚拟实训的教学效果，就需要科学合理设地计开发虚拟实训平台，这一点是非常重要的。由于虚拟实训技术在教育领域兴起的时间不是特别长，因此，这种技术还需要不断地改进和完善。如本文还未实现与专用特质手套、护目镜等传感设备进行实时对接，仅利用软件模拟转辙机等信号设备的装配操作，操作真实感有待进一步加强。伴随着我国对高职院校的改革，以及虚拟实训技术的不断进步，实训的内容和方式都会发生明显的改变，它必将替代传统的实训方式，在未来高职院校的教育中发挥巨大的作用。
作者：张立平 奚进 单位：武汉铁路职业技术学院
