基本信息
- 项目名称：
- 《虚拟世界中的化工设备》多媒体教学课件
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 课件中系统地制作了换热器、搅拌釜、板式塔三类化工设备立体模型。使用桌面式虚拟现实软件研制的教学素材视觉冲击力强，特别是针对不同化工设备的结构特点设计了相应的虚拟交互操作，逼真地表现了主要部件立体结构、组成关系、组装过程、操作原理等，是本课件最大的亮点和创新点。课件层次简单，跳转方便，播放流畅，便于使用。课件提供了先进的教学资源，具有类似功能的化工设备的多媒体教学课件，目前在国内尚未查到。
- 详细介绍：
- 化工设备种类多，结构复杂，采用平面组装图、文字描述、教具、工厂参观等传统的教学手段，都存在一定的局限性，学生难以理解。先进的计算机多媒体技术在一定程度上能够解决这类问题，但非计算机专业的教师研制多媒体教学课件有很大的难度。本课件研制目的就是为教师授课和学生自学提供有效的、先进的学习资源。 使用3Dmax制作了换热器、搅拌釜、板式塔三类化工设备的三维模型，共计58个。这些精致的三维模型准确地表达了化工设备中主要部件的立体结构、空间组成等，突破了传统的图纸、文字等平面教学形式的约束，提供了全新的立体化的教学手段。 虚拟现实技术是上世纪90年代兴起的一项高新技术，近年来倍受教育界的青睐。使用桌面式虚拟现实软件（Cult3D），将化工设备三维模型制作成虚拟现实教学素材。在虚拟现实场景中，通过操作鼠标、键盘，可对化工设备模型进行随意的三维空间中自由旋转、缩放、平移等交互操作，可以显示化工设备中主要部件的名称，可以在任意位置、以任意比例、从任意角度观察虚拟模型，甚至可进入模型内部，观察其结构组成等，犹如进入电脑游戏的虚幻世界中一样，激发起学生们的好奇心和学习的兴趣。特别是充分利用虚拟现实高级技术，针对不同化工设备结构特点设计了相应的交互操作，将传统的图片和动画教学形式与虚拟现实强大的交互功能有机地结合起来，通过对虚拟设备进行组装、分解、突现等复杂的操作，逼真地表现了主要部件组成关系、组装过程、操作原理等，极大地满足了教学要求。高水平的虚拟现实教学素材的制作既是本课件的亮点，也是创新点。 将自行研制的多种形式的教学素材整合，使用Authorware软件研制了《虚拟世界中的化工设备》多媒体教学课件，为教学素材的使用搭建了流畅的播放平台，课件画面设计具有时代感，结构层次简单，跳转方便，便于教师授课和学生自学。 具有本课件综合教学功能及教学效果的化工原理的多媒体教学课件，目前在国内尚未查到。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：化工设备是化学工程教学难点，计算机多媒体技术在一定程度上能够解决这类问题，但非计算机专业的教师研制多媒体教学课件有很大的难度。本课件研制目的是为教师讲授和学生自学提供有效的、先进的学习资源，促进教学水平和质量的提高。 基本思想：选用能够有效地表现教学内容、解决教学难点的高级计算机软件。选择具有复杂的立体结构和组成，且能够系统研制的常见的化工设备。选用低投入、易实现的桌面式虚拟现实软件。将研制的多种形式的教学素材整合，制作成多媒体教学课件，便于教师和学生使用。 创新点：1.三维模型质高量多，准确地表达了化工设备中各部件的立体结构、各部件的空间组成关系等。2.为化工设备设计制作了虚拟场景，突破了动画形式线性播放的束缚，提供了开放式的交互操作。3.针对不同化工设备的结构特点设计了不同的虚拟交互操作，逼真地表现了化工设备中各部件空间立体组成关系、组装过程、操作原理等。具有类似功能的化工设备的多媒体教学课件，在国内尚未查到。 技术关键：本科技作品为多媒体教学课件，显示分辨率为1024×768。课件研制使用了3Dmax、Cult3D、Authorware、Photoshop、Flash、音频处理等软件。课件中涉及换热器、搅拌釜、板式塔设备的教学内容，共计58个三维虚拟模型。教学素材形式多样：虚拟现实、三维模型图片及注释、文字说明、配音解说。其中虚拟现实教学素材包括：虚拟场景、部件注释、设备组装、部件分解和突现、操作原理等形式。课件界面时尚，层次简单、布置合理、跳转便捷，播放流畅。
科学性、先进性
- 虚拟现实技术是上世纪90年代兴起的综合性信息技术。查阅近期文献，有作者[1]用VRML建立化工设备虚拟模型和场景，也有用3Dmax建模[2]-[5]，用VRML或VB编程实现虚拟场景，用于产品展示、模拟实验和实习等。近几年使用Cult3D软件开发虚拟现实技术应用的报道较多，摘选部分[11]-[16]，都不是化工原理教学的。李和香[6]2011年用3Dmax、Cult3D、DreamWeaver、Flash等研制《离心泵的检修与安装》课件，方法与我们最接近。 本课件用3Dmax制作化工设备模型，模型精致，数量多。用Cult3D软件制作虚拟教学素材，特别是虚拟现实高级技术的应用，以及有针对性的交互操作的设计和实现，逼真地表现了化工设备中主要部件组成关系、组装过程、操作原理等，是本课件实质性创新与显著进步的主要体现。用Authorware软件制作成教学课件，便于教学使用。 目前能够达到本课件综合教学效果的有关化工原理的多媒体教学课件尚未看到。(参考文献见课件简介)
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 已应用于《化工原理》等课程教学
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 磁盘、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：台式计算机、笔记本均可，WindowsXP、Windows7等操作系统，显示分辩率大于1024×768，计算机性能越高越好。安装光盘中提供的Cult3D播放器（Cult3D.exe）。将“虚拟世界中的化工设备”文件夹拷到硬盘上，运行“虚拟世界中的化工设备.exe”。 特点和优势：课件研制中选用了流行的多媒体制作软件。课件界面友好、跳转方便、播放流畅。提供的化工设备三维模型数量多、质量高。制作了虚拟场景，既可生动地、直观地表现复杂的设备结构，又有强烈的视觉效果，极大地激发了学生的学习兴趣。特别是针对不同设备结构特点设计虚拟动作，逼真地表现了各部件空间立体组成关系、组装过程、操作原理等，具有强大的交互功能。 适应范围：化工类本科、研究生的化工原理、化学工程、反应工程等课程，既可以满足教师个性化的课堂教学，更有利于学生自主学习。 推广前景：化学工程属于专业基础课，开设院校和专业广泛。本课件弥补了传统教育技术的弱点，解决了教学难点，填补了国内相关市场的空白，极具推广价值。
同类课题研究水平概述
- 虚拟现实技术是上世纪90年代兴起的综合性信息技术。桌面式虚拟现实软件在普通PC机上就可产生相当程度的虚拟现实的体验，如VRML，Cult3D，shockwave3D、Fluid3D、virtools等。Cult3D软件因模型质量高，交互性强，文件小，对计算机性能要求低等优点，近年来受到用户欢迎。 1.化工中虚拟现实的应用 乔向东[1]用VRML语言建立了化工机械产品虚拟模型，用户可以与虚拟场景中的物体产生交互动作，该系统主要用于产品展示。罗一鸣等[2]用3Dmax中建立化工装置模型，用VB编程实现互动式的化工场景漫游，该系统没有化工设备具体结构的细节。李谦[3]等用AutoCAD建立化工设备模型，在3Dmax中贴图，输出为VRML格式文件，直接发布到Internet上，文中的换热器虚拟模型图片质量较差。廖孙启[4]等用3Dmax制作实验装置模型，用VRML语言制作了7个化工原理虚拟实验。孙春峰[5]等使用三维建模软件建模，使用VS和Unity3D开发程序，实现在化工厂模型中的漫游、设备的运转和操作等。李和香[6]等2011年的文章中报道了使用3Dmax、Cult3D、DreamWeaver、Flash、Photoshop等软件，研制《离心泵的检修与安装》教学课件的工作。他们的工作模式与我们极为相似，但他们只做了离心泵的教学内容。文献[7]-[10]等均为综述性文章。 2.化工原理教学课件 张艳辉[11]、胥桂萍[12]、李江存[13]等使用Flash制作二维动画，用Authorware制作化工原理教学CAI课件。还有一些相关综述性文献不再赘述。 3.虚拟现实技术的其他应用 近几年使用Cult3D软件开发虚拟现实应用的领域较广，报道较多，摘选部分[11]-[16]，但都不是化工原理课程教学方面的。 本课件研制中用3Dmax软件制作化工设备模型，量多质优。用Cult3D软件制作虚拟场景，特别是虚拟现实高级技术的应用，以及有针对性的交互操作的设计和实现，逼真地表现了化工设备中各部件组成关系、组装过程、操作原理等，既是课件的亮点也是创新点。使用Authorware软件将制作的大量的教学素材整合，制作成教学课件，为教师授课和学生自学提供了极大的方便。 综上所述，目前能够达到本课件综合教学效果的有关化工原理的多媒体教学课件尚未看到。（参考文献引用见课件简介）
