摘要：虚拟现实技术（Virtualrealitytechnology，VR）使化工教学从传统的词汇和简单的实验中变得更加丰富多彩。一些传统难以操作的试验，也可以充分利用虚拟现实技术顺利完成，教学场景更加接近现实。如今，在化工教学中合理运用虚拟现实技术，足以说明先进技术能够有效处理和解决传统化工教学中遇到的难题，其应用前景一片光明。
关键词：虚拟现实技术；高校；化工教学
1.化工生产特点给企业和高校培养带来的困惑
1.1化工装置生产特点
化工生产具有工艺复杂、设备大型、管道密集、连续运行等特点，相关介质具有高温高压、易燃易爆、腐蚀性强、危险性大等特点。因此，一般不允许在实际生产装置和生产过程中进行各种实验和培训操作。
1.2化工企业内部培训存在的问题
随着化工工艺技术的成熟，生产设备的自动化程度越来越高，化工生产设备的规模也越来越大；计算机和DCS系统的应用减少了现场的人工操作，增加了系统运行的稳定性，降低了事故率。同时，企业对操作人员的技术要求也在不断提高。由于化工厂生产特点的局限性，对操作人员的培训基本停留在理论研究上，特别是对化工厂的启停、常见事故的应急处理、安全培训方面的HSE等方面，实践和操作难度较大，而企业阶段性组织的培训成本偏高，效率较低，尤其不利于新员工的快速工作。
1.3化工院校实践中存在的问题
目前，企业希望应届毕业生不仅具备扎实的专业理论基础，而且具备一定的专业操作技能和创新能力。但由于安全生产和技术保密等问题，多数化工企业不方便安排大学生到生产企业学习。即使学生有机会在生产企业学习，但由于高温高压、高风险、高噪声等各种不利因素，生产知识的学习有限，更难以有机会实际操作。另外，训练时间相对较短，效果也不理想。
2.虚拟现实技术的特点
2.1虚拟现实技术
虚拟现实技术又称灵境技术，是一种能够创造和体验虚拟现实的计算机系统。它是利用计算机图形学、光电成像技术、传感器技术、计算机仿真、人工智能等技术，实现视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等多种感官的逼真计算机系统。人们通过各种交互设备沉浸在虚拟环境中，与虚拟环境中的实体进行交互，产生与真实物理环境相当的体验和感受。
2.2虚拟化工企业场景的实现
利用三维设计软件PDS、PDMS等，创建的等比例模型，将模型在unity中转换并开发，实现实地漫游的同时，并能根据装置设备特点，工艺要求等量身定制培训内容。
2.3虚拟现实化工场景的特点
2.3.1沉浸性（Immersion）
利用虚拟现实技术制作的等比例三维立体场景，让人置身一种虚拟的环境中，真切的感受装置的巨大规模，设备种类的繁多，管线的密集，塔的高大等。
2.3.2交互性（Interaction）
不同于电脑桌面漫游，沉浸与虚拟世界之中，使用者由被动观察变成主动参与，带上头盔、手套等传感设备，成为虚拟场景中的一员，进行实时交互，自主完成设置任务，如单元设备泵的开启、单体流程塔的预热、自己动手组装/拆分压缩机等。
2.3.3多感知性（Multi-Sensation）
采用虚拟现实技术模拟的化工生产装置，不仅具有逼真的视觉感受效果，还可以通过耳机体验听觉感受：泵开时电机运行的声音、事故时安全阀跳脱的声音、蒸汽开时排气的声音，介质泄漏等声音；借助手套、背心等传感设备，体验触觉感受，无压力时阀门压力和开启力不同，体验塔盘重量等。
3虚拟现实技术在化工培训方面的几点应用
3.1流程仿真
在虚拟场景中，可以按照生产工序，直观的表达介质在设备和管线之间的传递流程，清晰的看到阀门和控制仪表位置。接入仿真DCS控制系统，用实时运行的动态数字反应介质名称、流量、温度、压力等物化性质。配上文字和语言解说，轻松查看单个介质流程、某工段介质流程、全场工艺流程等。
3.2操作培训仿真
在虚拟现实场景中，可完成工艺操作技能培训：如动设备如泵、压缩机、风机等的开停车；完成某一工段如塔、换热器单元、反应器单元的单体开停车，装置的联动开停车；常见事故如泵跳车、停水、停电等紧急处理方式等。
3.3HSE安全培训仿真
虚拟场景中，可以高仿真高效率的完成安全分析、事故处理、应急预案、预案校验四方面的安全培训。在虚拟场景中，不用担心装置因失火爆炸，人员因着火受伤，因泄露毒物中毒等，装置还可以无限次重复利用。操作者真切感受并参与安全生产，如发现着火并报警、听到泄漏报警、发现人员中毒报警；身临其境的感受因为泄漏着火且火苗越来越多；易爆介质泄漏静电引爆瞬间浓烟滚滚、火光四溅；有毒介质泄漏，有人中毒倒在自己身边等，场景逼真、参与感强、体会深刻。
3.4设备培训仿真
化工设备具有种类繁多、专业性强、结构复杂、操作条件苛刻、需长期运转等特点，在生产阶段很难有机会直接接触和观察到设备的内部结构，更难有动手组装拆分学习的过程。在虚拟现实场景可以实现这一培训：可以360°旋转和实时渲染，可以从不同角度观察设备的装配情况；设备组件可以在场景中随意拖拽移动；配以文字和声音介绍，清楚直观的了解设备结构和工作原理。
3.4培训模式
虚拟场景具有基本的培训模式，包括教学演示模式-自动演示工艺流程、设备构造、常见事故处理等；练习模式-在场景中可以选择单人单角色、单人多角色或多人合作的方式完成培训；考核模式-老师可以查看和管理学员状态和数据，设置练习模型和考试模式。
4.虚拟现实技术在高校化工教学中应用的优势
4.1改变了传统教学模式
虚拟现实技术具有交互性和逼真性的特点，能给用户带来身临其境的体验。虚拟现实技术在化工教学中的应用，彻底改变了传统的照本宣科教学模式，用高科技手段将传统教学中的难、危险化学实验虚拟化。学生可以通过电脑屏幕观察实验过程，通过鼠标、键盘等输入设备对实验过程进行操作和控制，达到独立实验和观察的效果。虚拟现实技术在保证实验安全方面也起到了一定的作用。它将高风险、低控制的化学实验虚拟化，有效地降低了实验风险，保护了学生的安全。虚拟现实技术在化工教学中的应用，提高了学生的自主学习能力，激发了学习的积极性和主动性，有利于提高学生的学习成绩。
4.2节省了教学成本
虚拟现实技术在化工教学中的应用，也解决了化工教学中实验设备昂贵、实验试剂消耗巨大的问题。解决了由于科研经费不足，实验难以进行的问题，有效地节约了教学成本。将虚拟现实技术应用于化学实验，可以从操作程序、实验控制、实验结果等方面完美地还原真实世界中的实验过程，有效地解决了实验试剂消耗、实验道具损坏等问题。；在化工设备方面，在虚拟现实技术下实现的虚拟设备在颜色、形状、内部结构等方面也可以进行实际安装，是一种几乎不需要任何成本的完美还原。
4.3立体化教学
与传统的以书籍、图像等二维空间材料为依托的化学工程教学不同，虚拟现实技术实现了化学工程的三维教学。在虚拟现实技术下，化学设备和化学实验变得更加立体化。一些难以在二维空间表达或展示的设备结构和能量过程得到清晰展示，教学效果显著提高。
4.4仿真的实验环境
虚拟现实技术在化学实验中的应用，不仅可以使学生观察实验过程和结果，而且可以实时获取实验中的重要控制参数。此外，在这种技术下，学生可以通过鼠标、键盘等输入设备实时调整实验控制数据，获得不同的实验结果。
结束语：
综上所述，作为一项新技术，虚拟现实技术结合了三维化工设计、成熟的DCS仿真控制系统和生产运行经验，形成了化工生产装置的虚拟培训场景，不仅具有沉浸性、交互性和多感知性的基本特征，而且还拥有占地少、成本造价低、重复性强等诸多特点，因此，被广泛应用在企业内部员工培训、化工专业研究等领域。
参考文献：
[1]生物科学与工程教学指导委员会.高等学校本科生物科学专业规范[J].高等学校理工科教学指导委员会通讯，2014（9）：9-18.
[2]韩蓉，王保瑞.虚拟现实技术在机械设计教学中的应用[J].华章，2011（20）.
[3]刘训涛，周广林等.虚拟现实技术在“矿山机械”教学中的应用[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2011（07）.