虚拟现实技术在工业设计类课程教学中的应用研究

编号：江西省教育科学规划课题申请书单位九江学院学科门类艺术类课题名称虚拟现实技术在工业设计类课程教学中的应用研究申请人章新成详细通讯地址九江前进东路551号九江学院艺术学院邮编332005电话（手机）13479204562电子信箱[e-mail]申报时间2010年9月5日计划完成时间2012年12月江西省教育科学规划领导小组办公室说明一、本申请书由课题申请人如实填写。二、本申请书一经审定，即行生效。在执行过程中，如需修改申请书的某些内容，须经省教科规划办同意后方可更改。三、由省教育科学规划领导小组资助的课题经费，应按有关财务制度及时办理手续，省教科规划办和课题申请人所在单位按有关规定负责检查课题经费的使用情况。四、省教科规划办和课题申请人所在单位按省教育科学规划课题管理办法负责检查课题的进展情况。五、本协议书一式三份。签定、盖章后由省教科规划办、课题申请人所在单位和课题申请人各保存一份。六、课题完成后，课题申请人须向省教科规划办履行课题鉴定、结题手续。课题结题后，由省教科规划办发给统一印制的结题证书。七、课题申请人仅限填报课题负责者一人。八、课题申请人详细地址、邮编、电话一定要填写清楚，如有变动,请及时通知省教科规划办。九、省教科规划办详细地址：南昌市洪都北大道96号五楼，邮编330046，电话：8501610，E—mail：[e-mail]。课题名称虚拟现实技术在工业设计类课程教学中的应用研究主持研究单位九江学院艺术学院完成时间2012年12月课题申请人性别年龄职务职称工作单位章新成男29教师讲师九江学院艺术学院承担研究任务人员姓名性别年龄职务职称工作单位虞斌男42副院长副教授九江学院艺术学院刘佳女26教师助教九江学院艺术学院张丽芬女32教研室主任副教授九江学院信息科学与技术学院曲敏女31教师讲师九江学院艺术学院代君男33教师副教授九江学院信息科学与技术学院xueyuanxueyuan吴维勇男38院长教授九江学院艺术学院张弛女56教师教授九江学院艺术学院吴小亮男30教研室主任讲师九江学院艺术学院刘安民男36实验室主任讲师九江学院艺术学院胡有源男50教师教授九江学院艺术学院梅龙宝男42教师教授九江学院信息技术中心张弘女28教师讲师九江学院信息技术中心曾志浩男28教师助教九江学院艺术学院张国华男30教师助教九江学院艺术学院一、课题申请人和课题组成员近五年承担的主要科研课题课题名称及类别课题负责人批准时间批准单位完成情况《九江学院三维漫游系统》大学生创新项目章新成2008.4九江学院已完成《九江学院虚拟校园》大学生创新项目刘安民章新成2008.4九江学院已完成《新建本科院校工业设计专业实践教学改革研究》省级教研课题曲敏2008.4江西省教育厅在研《信息技术环境下多元学与教方式有效融入日常教学的研究》国家社科基金“十一五”规划课题子课题梅龙宝2007.2国家社会科学基金办公室在研《国家远程教育工程教师培训的研究与实践》全国教育技术研究“十一五”规划立项课题梅龙宝2006.6教育部中央电教馆在研二、课题申请人和课题组成员近五年取得与本课题有关的科研成果作者成果名称成果形式发表刊物或出版单位发表时间章新成《论数码设计导向自由的可能性》论文民风2009年6月章新成《论中国影视艺术人才的需求和培养》论文中国商界2009年6月章新成《三维动画基础》论著江西人民出版社2009年9月曲敏地方艺术院系工业设计专业发展及问题研究论文设计教育研究2008年10年曲敏OnTheBilingualTeachingPracticeof“IndustrialDesignHistory”，论文2009国际计算智能与设计学术研讨会会刊（EI检索）2009年4月代君程霄《新形势下毕业论文（设计）网络指导交流模式初探》论文教育与职业2008年第8期吴维勇《教师教学质量评价体系》论文九江学院学报2006年第3期梅龙宝《大学信息技术》论著电子科技大学出版社2007年8月梅龙宝《基于Bluetooth的网络教育应用》论文现代远距离教育2007年第4期梅龙宝《信息技术创造远程教育竞争优势》论文远程教育杂志，2004年第4期梅龙宝《远程教育实验操作考试及其计算机模拟技术》论文教育信息化2004年第11期三、课题主要内容本课题组以Virtools为技术依托，充分发挥虚拟现实技术的沉浸式交互特性，积极探索工业设计类课程内容建设、教学手段、教学环境与虚拟互动平台的搭建，通过新技术与传统教学资源的整合，对传统的教学模式进行创新，不断丰富和完善新的时代背景下工业设计类课程内涵,提升高校工业设计类课程教学质量。（1）利用Virtools虚拟构建技术对相关教学内容进行二次开发，实现各类工业产品在虚拟环境下的可控操作，形成直观生动的教学案例融入我校工业设计类课程教学，实现教学内容的整体优化。通过Virtools平台创建的静态或动态的三维物体模型，它所传递的教学信息更为逼真，更能够吸引学生的注意，是一种声像立体全息的表现形式，给予学生视、听、触觉多方位的感官刺激，这种方式更有表现力和感染力。（2）课题研究充分挖掘Virtools的技术优势，以多形式、多角度呈现教学内容，并以虚拟现实课件的建设为重点，实现教学手段现代化。传统的PowerPoint、Flash、Authorware等工具创作的课件虽然具备一定交互性，但在操作灵活性上、情景真实性上还不够。而基于Virtools平台开发的虚拟现实课件则可以用自然的交互方式与虚拟场景中主体直接进行交互，更加生动地展现教学内容，增强学生对课程的学习兴趣，活跃课堂气氛，提高教学效果。（3）根据虚拟现实的高度可控性与真实的用户体验，以学生为本，开展针对性强、个性化突出的教学策略和教学活动，因材施教。在虚拟环境下学生不仅可以进行新知识、技能的学习，还可进行补偿式学习、兴趣性学习、验证性学习等，学生能够根据自己的能力、爱好、需要选择学习内容，自定学习步调。以互动开放式教学策略取代单向的灌输式教学方式，采取研究性学习、任务驱动等多种教学设计，有助于激发学生探索求知的欲望，又保持了教育的多样化。（4）基于虚拟现实技术的工业设计类课程教学模式，本身就将学习、研发等特性集于一身，对于凝练产学研结合发展的专业办学思路具备先天的优势。例如，身处异地的学生通过虚拟交互平台进行学习的过程本身，就相当于进入了一个可进行协同设计的虚拟环境。（5）在评价手段上，采用的是总结性评价与形成性评价两种评价手段相结合的方法进行对学生的学习考核。对学习过程的评价不仅重视学习的结果，更重视学习的过程。通过作品展示评价、项目完成评价、学习日志评价、讨论评价等多种形式，开展落实课程的考核评价。（6）通过搭建简易的三维交互协同设计平台，改变传统设计实践的时空限制，满足学生个性化的自主性开发与设计，从而有利于学生创新思维和自主学习能力的培养。利用Virtools创建直观、三维的交互平台，让学生深入理解现代设计活动群体特征与协同性。（7）课题研究以课程组的团队形式打造，拟形成一支知识结构合理、专业优势互补、理论素养与实践能力俱佳的师资队伍，这也是搞好工业设计类课程建设的关键。组织成员开展课程教研活动，能有效提高整个课程组师资水平。基于这样的课程组队伍才有可能建设出“高水平且有特色的课程”，才能确保提高教学质量，培养出高素质实用型、创新型人才。（8）基于虚拟现实技术的计算机辅助工业设计课程档案建设。课程档案(文件)是课程建设的重要内容和课程管理的重要手段。档案建设内容有：课程负责人信息、师资队伍建设情况、教材选用情况、教学大纲、教学课件、教案、课程实践及记录、学生课程成绩及分析材料、课程建设规划及总结落实情况、各种课程教研会议记录等文件和材料。四、课题最终成果（1）实践性、应用性成果：①基于virtools的工业产虚拟现实技术的产品品虚拟展示与设计平台（以汽车设计为例）；②基于虚拟现实技术的计算机辅助工业设计课程教学课件；③计算机辅助工业设计课程网络平台。（2）理论性成果：①课题调研分析报告；②课题研究总结报告；③公开发表相关学术论文2篇五、经费承诺遵守财务规章制度，如实填报经费管理单位名称、开户银行、帐号，严格监督课题经费的合理有效使用，保证课题经费单独立户，专款专用，不挤占和挪用课题经费，在课题结题时提供课题经费使用说明。经预算合计经费6000元，课题希望能得到省教育科学规划课题配套经费的资助，同时申请学院经费配套资助，其余经费自筹；根据实际需要合理分配、节约使用保证课题研究深入推进。支出项目金额（元）依据及理由图书资料费1000购买艾迪斯通公司出版的相关Virtools开发手册，其他图形图像类书籍。国内调查费2000参与国内高校和科研机构的学术交流、虚拟现实论坛；参观、走访省内外相关虚拟制作公司、企业等，进行课题研究的相关调研工作。计算机使用与耗材1000购买开发课件和网络资源平台所需的软件资料和硬件外设，购买素材库软件等。文印费500调研问卷等打印所需的材料，如墨盒、纸张等，整理归档的包装等。由于调研对象较多，故调研问卷份数较多。小型会议费1000邀请其他高校工业设计以及虚拟现实专家举行学术会议和专题讲座；其它500包括出版、文献、信息传播费用；省教改课题鉴定、管理费用及咨询相关专家费用等。合计6000课题希望能得到省教改课题经费的资助，同时申请学院经费配套资助，其余费自筹；主持人将根据实际需要合理分配、节约使用保证课题研究深入推进。六、课题申请人所在单位意见①工业设计专业方向所属的艺术设计专业是省级特色专业，底蕴厚实，学校支持力度大。②课题组成员年龄、专业知识结构合理，形成了很好的梯队。近两年在工业设计教学、产品设计展示、虚拟现实仿真技术、教育信息化等领域开展了广泛而深入的研究。③课题研究团队以课程组形式打造，注重发挥团队优势，协同作战，集体攻关。课题组主要成员都是我院数字艺术和工业设计类课程一线骨干教师，有较强的科研能力和较丰富的教学经验。④课题注重前期技术积累、调研及相关资料的收集整理。课题立项理由充分，研究内容详实，明确，课题实施步骤进度安排合理，我院同意该同志申报，并在课题基本经费方面，给予大力资助。单位（盖章）：负责人签名：年月日七、课题申请人所在市教育部门（高等院校课题管理部门）意见单位（盖章）：负责人签名：年月日八、江西省教育科学规划领导小组办公室审定意见单位（盖章）：负责人签名：年月日活页·3·活页·3·编号课题名称：虚拟现实技术在工业设计类课程教学中的应用研究一、该课题相关研究在国内外的现状及发展趋势（主要参考文献）（一）国内外研究现状Virtools是法国达索集团旗下的一款虚拟现实软件，广泛应用于数字教育、3D动画多媒体、3D游戏开发等领域，是国际3d二次开发的主流平台之一。设计者可借助它生成多种感觉环境，给参与者提供各种感官信息，使之产生身临其境的感觉，以便更好地体验、接受和认识客观事物陈定方（周丽琨刘有源等，智能设计与虚拟设计）。虚拟现实技术是近年来出现的一门高新技术，以真实直观的再现性与友好全面的用户交互方式著称，被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。正是这种沉浸式的用户体验与直观的操作方式，有助于实现工业产品设计中造型和功能的完美结合，使得虚拟现实技术在产品的研发、设计和生产过程中被广泛采用，也为我们打开了将Virtools引入到工业设计教学与课程建设中的新思路。虚拟现实技术在教学中的应用研究国内和国外的差距较大，美国和欧洲一些国家在这方面的研究己经有近二十年的历史，研究成果颇丰。美国开发了可供全国使用的VR教育系统、虚拟校园、虚拟实验室和虚拟演播室等大量虚拟现实方面的研究成果，如乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统；美国休斯顿大学和NASA约翰逊空间中心共同开发了虚拟物理实验室；北卡罗来纳大学(UNC)的分子建模技术虚拟实验。英国位于Newcastle的WestDenton中学建立了第一个广泛宣传的教育VR工程，这一工程也被该校用来进行外语教学和工业安全培训；诺丁汉大学开展了VI