基于增强现实的工程图学实践教学系统开发

工程图学课程作为工科专业尤其是机械类专业的基础课，旨在培养学生的识图和读图能力，为学生打下工程基础。与此同时，随着科学技术的进步与发展，以VR、AR、MR为主的虚拟技术成为当今教育教学的一大发展方向。利用AR开发引擎Vuforia和虚拟开发平台Unity，将增强现实技术与课程教学实践相结合，开发一套应用于工程图学课程的虚实结合的教学仿真系统，通过课堂实物并结合图样扫描，实现屏幕实时三维模型呈现并进行结构分析和交互操作，辅助教师完成学生读图能力训练，可以有效促进虚拟技术与理论教学融合，激发学生兴趣，提高课程质量及教学的生动性。

工程图学课程是工科，尤其是机械学生的必修课程，其是建立在二维图纸和三维模型或实物之间的桥梁。同时工程图也是作为工程行业中的一种无声的“语言”。因此，对于工科专业的学生，掌握工程图学课程显得非常重要。在传统教学模式下工科学生对于该能力的掌握程度仍然差强人意。作为机械专业的学生，从身边学生的口中得知问题主要出在对三维模型的构建上：有不少同学对三维空间下模型的想象存在一定的困难。传统教学模式下，教师仅依靠板书很难向学生表达出三维模型。虽然机械专业都存在一些典型机械零部件的实体模型，但却存在笨重不易携带以及数量有限等问题。因此，工程图学课程的教学领域迫切需要一种新型的教学载体，以达到期望的教学目的。

目前，对于虚拟现实和增强现实技术应用于教育已经有部分相应的研究。叶琳等人探讨了虚拟模型造型技术，运用AutoCAD 建3D 几何模型，导入3DsMAX 中，并以VRML 格式输出，完成VR 模型的建立[1]；朱世范教授基于obj-c 语言，在MAC OSX 编程环境下，利用xcode6，将AR 技术应用于景观设计， 实现了AR 技术在iOS 平台的应用[2]；于勇等人选用Vuforia 作为增强现实开发包， 利用Unity 3D平台开发了在手机端使用的虚拟现实交互模型平台，生成虚拟三维模型[3]；伊鹏等人将AR 引入课程教学，将课本教材和习题练习中的平面视图作为要扫描的目标图形，开发移动端教学APP，通过扫描识别图实现三维虚拟立体模型与真实场景的耦合叠加显示[4]。然而目前的研究针对工程图学课程的开发还相对较少，因此将基于工程图学课程教学中存在的问题，借助增强现实技术，寻求构建一种能够协助高校教师教学的工程图学实践教学系统。

2. 增强现实(AR)技术 增强现实(Augmented Reality)技术是一种利用特定的电子设备，运用多媒体、三维建模、智能交互等技术，巧妙地将文字、图像、模型等虚拟信息应用到现实世界中，对现实世界“增强”的技术。增强现实技术实现了物理世界和虚拟世界的无缝融合，有助于学习者高阶思维能力的发展[5]。现阶段，国内高校已经作为众多新型教育技术的试验场，越来越多的新技术从高校走向中小学，帮助学生从小以更高效