VR技術在焊條電弧焊教學中的應用

李子炎　王建明

摘 要：將VR技術引入焊條電弧焊教學能夠使理論與實踐結(jié)合，極大提升教學效果和教學資源利用率。

關鍵詞：焊條電弧焊；VR技術

隨著現(xiàn)在社會的不斷發(fā)展，信息技術的提高日新月異，VR技術已經(jīng)逐漸走入到人們的生產(chǎn)、生活、學習當中。焊條電弧焊作為一門實踐操作性非常強的焊接專業(yè)課程，為了能夠?qū)F(xiàn)代教育技術與現(xiàn)代教育相結(jié)合，將理論教學同實踐結(jié)合起來，將VR虛擬現(xiàn)實這種技術引入到手工電弧焊教學中來，是一個不錯的切入點。

1 焊條電弧焊的教學特點

焊接是通過加熱或高溫高壓等方法來使金屬材料或其他熱塑性材料接合的加工工藝及技術。是一門涉及物理、化學、材料學等多學科的專業(yè)知識。同時是一門實踐性很強的專業(yè)。焊條電弧焊是焊工手工操作焊條進行焊接的加工方法。是焊接專業(yè)學習中的一門非常基礎的專業(yè)課。因此在傳統(tǒng)的教學模式中，除了教師在課堂上對手工電弧焊的理論原理進行講解外還需要安排一定的實踐教學環(huán)節(jié)。

然而傳統(tǒng)模式中的實踐教學有著設備投入成本問題，設備、場地有限，無法同時滿足數(shù)量較多的學生同時實踐練習，教師無法對學生的實踐時的細節(jié)進行同步指導以及實踐教學中可能存在的安全問題。

2 VR技術的引入

2.1 VR技術的特點

VR，全稱“virtual reality”也叫虛擬現(xiàn)實技術，它是一種可以創(chuàng)造并體驗虛擬環(huán)境的計算機仿真系統(tǒng)。它能在多維的信息空間中創(chuàng)立出一個虛擬場景，能夠全方位調(diào)動體驗者的視聽感覺、觸嗅感覺、使其有身臨其境的體驗。VR技術除了計算機領域外，已經(jīng)應用于更多的領域，如遠程會議、影音視聽、游戲娛樂、科學研究、教育教學等等。

VR虛擬現(xiàn)實技術應用在教育領域更容易通過心理沉浸的感覺激發(fā)學生的學習興趣，它是通過計算機生成一個虛擬的實踐環(huán)境，能夠?qū)⒍喾N源頭的信息進行融合、交互，可以使學生沉浸到這個虛擬的實踐場所中來，加強學生的學習體驗，打破教學空間局限，實現(xiàn)情境再現(xiàn)。

2.2 引入VR技術的必然

VR虛擬現(xiàn)實技術可以通過綜合利用計算機圖形、仿真、傳感、顯示等技術創(chuàng)立出一個虛擬的實踐場所，可以借助頭盔、手柄等交互式仿真設備讓學生在虛擬的環(huán)境下進行學習。理想狀態(tài)下的高仿真性甚至會使學習者有真假難辨的感覺。這種虛擬現(xiàn)實教學環(huán)境可以打破學習空間的局限性，提高教學資源的利用效率?？梢宰寣W生可以在家中或者戶外隨時隨地感受到在課堂上接受老師傳遞知識的過程，或者是在任何非實踐場所能夠體驗到實踐操作的學習過程并且參與其中。與現(xiàn)實環(huán)境下的實踐操作相比，憑借VR技術，學生可以根據(jù)自身的學習進度與程度，在學習時通過使用頭盔或者手柄控制，針對性的選擇教師給予專門實踐指導還是理論講解，不會因為上課時人多就無法得到教師的專門細致講解。而且在反復針對需要提高的環(huán)節(jié)進行針對性的學習訓練后，能夠提高自身的操作水平。此外，在虛擬學習環(huán)境中，實踐操作的安全性遠遠超過實際中實踐操作的安全性，虛擬學習環(huán)境中的實踐過程安全可靠，能夠遠離焊接時產(chǎn)生的聲、光、電污染。學生可以在練習中心平氣和的進行操作，不帶著實踐安全的心理壓力，更容易完成操作細節(jié)技術的錘煉。此外，VR虛擬現(xiàn)實技術還可以節(jié)約教學實踐成本的投入，避免了頻繁更新設備、更換材料以及實踐場地維護而帶來的高成本。綜合以上VR虛擬現(xiàn)實技術的特點，將其引入焊接專業(yè)課的教學是時代發(fā)展、科技進步的必然。

3 焊條電弧焊VR課程的設計

3.1 理論教學模塊的錄制

首先對課程內(nèi)容進行編排，每一章節(jié)的內(nèi)容都根據(jù)知識點進行拆分獨立制作模塊，可以方便學生在使用時對知識點的選擇。將教師在進行理論教學環(huán)節(jié)時的全過程錄制下來，作為素材備用。

3.2 實踐教學模塊的錄制

根據(jù)實踐教學大綱，劃分教學要點，將動作要點也按重要級別進行分類，便于模塊的分類錄制，根據(jù)要求，使用較高精度VR攝像機將教師在講解實踐教學環(huán)節(jié)的全過程錄制下來，作為素材備用。錄制時的重點為實踐操作時工件與焊條之間的相對位置，運條時的手部動作以及焊條的運動軌跡。這種素材在學生學習時可以根據(jù)自身需要調(diào)節(jié)播放的速度、畫面角度、距離，可以更好的掌握焊條電弧焊的技術要點。

3.3 焊條電弧焊焊接過程模型的制作

使用Maya軟件將進行手工電弧焊時所用到的所有工具設備建立模型，將其渲染成非常逼真的虛擬工具/虛擬設備。根據(jù)實際情況下的焊接過程，將虛擬工具及設備進行動畫的制作，并且添加必要的虛擬焊接效果。

3.4 VR課件的合成與輸出

將理論教學模塊，實踐教學模塊及焊條電弧焊焊接過程模型導入到VR制作軟件VRPBuilder中。在VRPBuilder制作軟件中進行動作，事件和場景的設置。進行交互式的設計制作。通過動作設置能夠讓焊把、焊條等進行移動，旋轉(zhuǎn)，視角縮放與切換。能夠通過語音或特定的動作對事件觸發(fā)，會有相應問題的解答彈出，并且伴有視頻及動畫演示播放。在實踐操作進行過程中，針對不同的時點，根據(jù)課程要點添加及相應的動作添加對應的焊接實踐效果。最后，設置完畢，輸出完成VR課件。

3.5 VR課件的維護更新

在VR課件投入使用后，難免會有一些問題的遺漏，這樣就需要在課件的使用過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，改進并維護更新，以期達到更好的教學效果。

4 結(jié)語

技術的革新推動著時代的發(fā)展，VR虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展成熟使得焊接專業(yè)這種實踐操作比重很大的學科能夠?qū)⒗碚摻虒W與實踐教學緊密的融合起來，能夠激發(fā)學生的學習熱情，提高教學資源的利用效率，增強教學效果，高效的傳授知識，為社會、為國家培養(yǎng)更多的焊接人才。

參考文獻：

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