环境工程实验中引入VR技术的必要性分析

霍嘉莹

身份证号码： 44068119881028**** 陕西 西安 710000

摘要：环境工程实验合理应用VR技术真实、有趣的特性，将物体立体呈现在现实环境中，虚与实相结合的创新演示模式，不仅带来了新鲜感，而且能以具体形象的方式传达理论知识，让枯燥、抽象的图纸转化为丰富、立体的真实环境，打破时间和空间的限制，既解决了时间和设备成本，又提高了质量和效率，也有助于对知识的掌握，这是一种改革和全新的尝试。

关键词：环境工程；实验；VR技术

环境工程实验是上海海洋大学为环境工程专业开设的综合性实验，其内容比较多，而且一些内容比较抽象，在实习过程中，需要对实际工程现场有深入的了解。但是在正常运行的工厂中，通常有多重限制，加上大多数企业尤其是污水处理厂都进行了封盖处理，往往只能走马观花地了解处理的工艺和过程，局限于工程的表象，无法深入构筑物内部多方位观察设备，也无法深入危险场景中，这就造成了“纸上谈兵”的现象，从而缺乏对实际现场感官上的认知，缺乏设计符合实际工程的底气和信心。

一、固体废弃物处理引入VR技术的必要性

固体废弃物处理可以分为预处理试验、生物处理实验、热处理实验和土地处理实验，如果有条件的话还可以开展电子垃圾处理实验。除了预处理试验外，其他实验在实验室较难开展，对于员工来说是一个很大的遗憾。另外，对于环境工程专业的员工来说，课程理论知识的理解和掌握主要依赖于机械性的记忆，没有相对完整的知识体系。在传统实验课上，员工对于固体废弃物处理工艺的直观感觉依然停留在课本中的知识，具体的工艺流程及设备工作原理还是会感到抽象，不易理解，从而失去学习的乐趣和热情。VR技术能够提供虚拟真实的环境和空间，不受时间和空间的约束，与现实处理环境非常接近，学生参与其中，通过人机对话，成为虚拟环境中的参与者和主导者，这样更加容易激发员工 的学习兴趣，有助于对理论知识的理解和掌握。

二、VR实验可以承接水污染控制和大气污染控制实验

水污染控制工程及大气污染控制工程作为环境工程专业的核心课程，涉及的知识很多，有的也比较抽象，在一些实践过程中不能很好地了解和掌握，也看不到具体的相关处理设施的结构构造，而这些知识是员工在日后从事专业领域相关工作必须掌握的知识。环境工程实验课程中有关于大气污染控制工程的虚拟仿真实验（购买专业软件），但没有纯正的水污染控制虚拟仿真实验。一些虚拟仿真软件里面的水污染控制实验不能满足员工要求，员工在学习过程中不能真实了解大气及污水治理过程中的工艺。而VR技术的发展正好可以弥补虚拟仿真实验的缺陷，可以真实反映污染物质的变化路径和迁移过程，加深员工对处理工艺中相关构筑物内部构造的了解，夯实专业理论知识，提升工程应用能力。

三、VR技术可以模拟不同的实验场景

VR技术可以模拟各种不同的实验处理过程及处理工艺，通过一些污染物的产生过程和组成的现场模拟，可以让员工更加直观地看到各种污染物的类别。例如，在讲述水污染控制过程的时候，可以通过VR实验设计污水处理过程，虚拟呈现从污水产生到处理的过程，使员工在虚拟的处理过程场景中，真实地掌握污水的处理过程及物质的降解途径，在他们的脑海中留下较为深刻的印象。通过VR技术，应用虚拟实验构建悬浮颗粒进入人体的情景，了解颗粒在人体中的运动轨迹及富集过程，从而更加牢固地记住空气中可吸入性颗粒对人类健康造成的影响，不只是肉眼可见，更是触目惊心，起到的警示作用，能够提升员工的危机意识，从而产生保护环境的强烈意识，提高自身的环境素养，具有很好的教育意义。这样的知识情景不但有助于增强员工对知识的理解，而且能够激发员工的学习兴趣，为知识的有效转化提供有力支持，同时拓展了学习内容，为企业搭建了理论与实践紧密结合的桥梁。

对于固体废弃物处理与处置所涉及的实验操作，有些实验员工可以在实验室动手完成，有些由于各种条件的限制，员工不能动手完成。而通过VR技术来模拟相关的实验过程，员工可以比较系统地了解固废处理的相关过程，加深对所学内容的理解。在此环境中，员工可以自由操作，实现各种现实中不能完成的实验。这样既突破了实验教学时间与空间的限制，又降低了实验教学对现有实验条件的依赖。在环境工程实验中引入VR技术，可以使一些枯燥、抽象或现实实验中难以完成的实验得以虚拟重现，有利于员工对专业知识的全面掌握，培养员工的学习兴趣，提高员工的工程应用能力，为日后工作打下坚实的基础。

四、VR技术与传统实验的有效结合

为了更好地提高员工的动手能力和实际工程能力，建议在实验室进行实验，但局限于空间和时间，一些实验确实无法开展，因此对于员工来说，利用虚拟仿真实验及VR技术主导的虚拟实验，会起到过程重现及实验技术的演示作用，而这些实验往往难以得到实际的操作体验。员工在实际的实验过程中可能出现一些不规范或容易忽视的细节，而这些问题在VR技术中得不到充分体现；因此，在实际的实验过程中，建议VR技术与传统实验结合，取长补短，提高实验课的教学效果，让员工更好、更多地去接触和掌握实验内容。

五、VR技术与实验内容的有机融合

目前一些高校和科研院所根据各自的情况开展了相关课程或科研项目的VR实验，以期能够更加直观深入地了解实验的过程，但从网上及相关机构了解到，同样的课程会有几所或者十几所单位同时进行虚拟仿真或者VR实验建设，虽然实验会有一些特色或实验项目的差异性，但整体内容有些重复，而且建设质量一般，因此建议相关管理单位能够统筹规划，合理布局，利用信息技术手段实现资源共享，让涉及相关技术的人员提供自己的设计和设想，一些共性的实验实现共建、共享、共用，一些特色的实验可以自行设计，并及时在公共资源平台实现共享，这既是现代信息技术的有效体现，也是公共资源的有效利用。同时，各个企业根据使用过程中的问题进行反馈，也能对实验内容和项目进行提升和完善，达到更高的水平。

VR技术弥补了传统实验的缺陷，也拓宽了实验的领域和范畴。VR技术能够最大限度地呈现相关企业的现场，利用计算机生成一种模拟环境，建立多源信息融合、交互式的动态视景和实体行为的系统仿真，使其“身临其境”，从而解决了在现场时“看不见、摸不着、进不去、想不通”的问题。因此，合理利用VR技术既可以满足现在的企业需求，也能够让员工更加直观地了解专业知识中提及的设备和仪器的结构构造及处理过程，从而进一步让员工夯实基础知识，提升工程能力。但是VR技术在应用建设过程中需要多方协作，高质量完成VR实验的规划建设和利用，真正做到优势互补，避免多方重复建设，造成资源浪费。

参考文献

[1]虚拟现实产业发展白皮书[R].北京:中国电子技术标准化研究院,2016.

[2]成洪聚,刘卫东,侯腾飞.生理学虚拟实验室的利弊[J].菏泽医学专科学校学报,2011,23(2):74-75.

[3]巫影.虚拟现实技术综述[J].计算机与数字工程,2002,30(3):41-44.