傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成拆卸和原理VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

熊友康

傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成拆卸和原理VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

熊友康

深圳市捷時(shí)行科技服務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000

虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值巨大。除了能夠突破空間對(duì)教學(xué)環(huán)境的限制，增強(qiáng)學(xué)生的興趣以外，還能夠避免危險(xiǎn)操作，提升安全性。介紹了傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成拆卸實(shí)訓(xùn)中，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用方法。在結(jié)合以往VR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段后，對(duì)應(yīng)用于汽車(chē)動(dòng)力教學(xué)的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行了論述，并結(jié)合實(shí)際的教學(xué)案例，對(duì)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)展方式進(jìn)行全面總結(jié)。

傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成；虛擬現(xiàn)實(shí)；VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

引言

在理論研究中，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并非為某一種專(zhuān)門(mén)的教育門(mén)類(lèi)進(jìn)行創(chuàng)作。VR技術(shù)的應(yīng)用只是能夠?qū)⒔虒W(xué)的本質(zhì)體現(xiàn)出來(lái)，幫助學(xué)習(xí)者營(yíng)造一個(gè)真實(shí)、可操作性強(qiáng)的模擬體驗(yàn)環(huán)境，從而提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)安全性，降低學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成本。在傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成拆卸的教學(xué)實(shí)訓(xùn)領(lǐng)域，以往實(shí)訓(xùn)工作需要在真實(shí)的實(shí)訓(xùn)室中完成，對(duì)學(xué)生的要求較高，同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大。通過(guò)搭建VR實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以提升安全性。

1 傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

作為模擬實(shí)際汽車(chē)拆卸原理的動(dòng)手實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，在進(jìn)行VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先明確系統(tǒng)中除了視覺(jué)的內(nèi)容交互之外，觸覺(jué)的交互也十分重要。學(xué)生在教學(xué)環(huán)境中需要通過(guò)動(dòng)手來(lái)掌握汽車(chē)拆卸的技術(shù)原理，因此利用手部的VR設(shè)備，與設(shè)備中心系統(tǒng)保持聯(lián)系，是目前VR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)重視的部分。

本文在視覺(jué)感官的體驗(yàn)設(shè)計(jì)之外，為了能夠保證觸覺(jué)的真實(shí)性，特選用感應(yīng)手套作為觸覺(jué)模擬設(shè)備。通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)兩個(gè)方面的仿真模擬，來(lái)構(gòu)建實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的整體構(gòu)造。在構(gòu)造方面，中心控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要與整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)相互連接，其中傳感器模塊需要將真實(shí)的汽車(chē)信息導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)模塊中，通過(guò)顯示屏和手套，將感官體驗(yàn)提供給學(xué)生，學(xué)生則在教師的指導(dǎo)下，依據(jù)汽車(chē)原理對(duì)汽車(chē)進(jìn)行拆卸，并將拆卸過(guò)程的模擬通過(guò)視頻輸送通道回饋至中心控制計(jì)算機(jī)中。中心控制計(jì)算機(jī)再借助視頻回放的方式，供教師和學(xué)生進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)，并分析存在問(wèn)題。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)模塊的設(shè)計(jì)

虛擬現(xiàn)實(shí)模塊是整個(gè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)仿真模擬的重要部分。在進(jìn)行VR實(shí)訓(xùn)模塊設(shè)計(jì)時(shí)，本文選用了著名的NEOAXIS引擎，進(jìn)行三維圖形的立體仿真。在這一引擎中，包含著具有全功能的一組功能套件，該套件的主要功效在與創(chuàng)建三維圖形的仿真開(kāi)發(fā)以及實(shí)現(xiàn)逼真的交互，同時(shí)，其內(nèi)部OGRE引擎所具有的開(kāi)源優(yōu)勢(shì)也是其他引擎所無(wú)可比擬的[1]。OGRE引擎通過(guò)對(duì)文件庫(kù)資源的調(diào)用，能夠使真實(shí)的聲音和圖像得到完美展現(xiàn)。在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)當(dāng)中，NEOAXIS引擎可以對(duì)現(xiàn)實(shí)的汽車(chē)動(dòng)力總成場(chǎng)景進(jìn)行模擬，而人體感覺(jué)的模擬則主要通過(guò)西門(mén)子出品的JACK仿真軟件來(lái)完成，JACK仿真軟件通過(guò)顯示策略和操作策略實(shí)現(xiàn)對(duì)逼真數(shù)據(jù)的輸出，并完成快捷的同步渲染。

1.3 傳感器模塊設(shè)計(jì)

傳感器模塊在系統(tǒng)中需要完成的任務(wù)式對(duì)人機(jī)交互過(guò)程中手套的觸感和視覺(jué)觀感兩個(gè)感覺(jué)部分進(jìn)行模擬，其中視覺(jué)感應(yīng)部分所選用的傳感模塊為常規(guī)的題干攝像頭。這種攝像頭設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)W(xué)生的手部運(yùn)用進(jìn)行再現(xiàn)，并將其位置信息真實(shí)地反饋到傳感器當(dāng)中，并借由傳感器回饋到中心控制計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在收到傳感信號(hào)之后，會(huì)優(yōu)先將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其作為物理信號(hào)，直接映射到實(shí)訓(xùn)空間的虛擬場(chǎng)景中。手套部分的感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)則是為了保證學(xué)生在實(shí)訓(xùn)當(dāng)中的真實(shí)體驗(yàn)，進(jìn)行了電磁鐵與模擬電路的組合。二者之間相互配合，能夠?qū)μ摂M現(xiàn)實(shí)環(huán)境中學(xué)生的手與物體模擬之間的相位位置做出精確的坐標(biāo)回饋，并反映到計(jì)算機(jī)當(dāng)中。計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)處理，能夠?qū)蓚€(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，并傳輸至手套裝置的電磁感應(yīng)器之中，完成電信號(hào)與力信號(hào)的轉(zhuǎn)化，此時(shí)學(xué)生在手掌中將會(huì)形成與現(xiàn)實(shí)物品極為近似的真實(shí)觸感。

2 VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在汽車(chē)動(dòng)力總成拆卸教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)車(chē)間

事實(shí)上，本文設(shè)計(jì)的VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，在實(shí)際的應(yīng)用中，必須與三維的空間相互結(jié)合，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的三維互動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)訓(xùn)車(chē)間場(chǎng)景的仿真模擬。在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)于進(jìn)入虛擬車(chē)間進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，需要借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生配備完整的工具車(chē)、裝卸手冊(cè)等設(shè)備。學(xué)生在進(jìn)入虛擬車(chē)間后，需要通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的手套裝置，對(duì)虛擬狀態(tài)下的車(chē)間系統(tǒng)進(jìn)行操作。在整個(gè)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，虛擬的車(chē)間實(shí)際上要能夠?yàn)閷W(xué)生提供場(chǎng)景圖像和汽車(chē)配件的全方位控制能力，從而使學(xué)生能夠利用手套對(duì)汽車(chē)的各個(gè)零件進(jìn)行仔細(xì)的觀察和了解，并在實(shí)際操作中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的感官反饋。對(duì)于學(xué)校而言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)要求下的車(chē)間建設(shè)和虛擬操作的系統(tǒng)零部件，都能夠在一定程度上降低學(xué)校的建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的資源利用和資源優(yōu)化。與此同時(shí)，學(xué)生還能夠在虛擬系統(tǒng)中得到相對(duì)真實(shí)的體驗(yàn)。部分學(xué)校由于學(xué)生人數(shù)原因所造成的實(shí)訓(xùn)擁擠也會(huì)得到相應(yīng)的改善。

2.2 模擬真實(shí)的拆裝操作

VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠通過(guò)模擬人類(lèi)的感官體驗(yàn)，使虛擬環(huán)境中的各個(gè)部分轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢鎸?shí)”體驗(yàn)。學(xué)生在投入實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)訓(xùn)之前，首先需要閱讀重要的維修手冊(cè)，并經(jīng)由教師講解，明確維修拆裝中的工作要點(diǎn)。隨后進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室中開(kāi)始操作。實(shí)訓(xùn)室通過(guò)VR模擬真實(shí)的工具車(chē)供給學(xué)生進(jìn)行使用，并根據(jù)學(xué)生的選擇為學(xué)生提供虛擬的作業(yè)工具[2]。學(xué)生在選擇工具時(shí)，能夠通過(guò)視覺(jué)顯示屏對(duì)各項(xiàng)工具的參數(shù)和使用方法進(jìn)行閱讀和了解，并將所獲取的工具信息與所學(xué)習(xí)過(guò)的具體的操作內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，制訂操作方案。通過(guò)虛擬手套，學(xué)生可以對(duì)工具進(jìn)行操作指令和汽車(chē)拆裝，并通過(guò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)整體的旋轉(zhuǎn)和透視。通過(guò)這種實(shí)訓(xùn)方法，學(xué)生能夠更加深入地了解汽車(chē)零件的真實(shí)信息，同時(shí)能夠避免真實(shí)設(shè)備出現(xiàn)損耗情況。

2.3 開(kāi)展虛擬考核

在學(xué)生完成VR實(shí)訓(xùn)后，教師需要對(duì)學(xué)生的操作過(guò)程和操作方法進(jìn)行全面考核，并以此來(lái)判斷學(xué)生操作的正確性。本文設(shè)計(jì)的VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，專(zhuān)門(mén)設(shè)定了回放系統(tǒng)，供教師和學(xué)生進(jìn)行視頻觀摩。教師通過(guò)觀看視頻的方式，對(duì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中的拆裝順序、汽車(chē)零件的防治規(guī)律進(jìn)行監(jiān)督，并完成學(xué)生的拆裝情況的記錄，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)技術(shù)錯(cuò)誤進(jìn)行深刻反思。通過(guò)這種監(jiān)督方式和考核方式，使學(xué)生可以在反復(fù)的VR虛擬實(shí)訓(xùn)中不斷摸索，并通過(guò)反思自身的不足規(guī)避錯(cuò)誤操作，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作水平的全面提升，達(dá)到理想的教育教學(xué)目的。

3 結(jié)論

綜上所述，VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)當(dāng)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)體系，能夠幫助學(xué)校實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的成本控制，提高設(shè)備的使用效率。對(duì)于教師和學(xué)生而言，VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠提升教學(xué)的真實(shí)性和針對(duì)性，避免學(xué)生在實(shí)際操作中遇到危險(xiǎn)。

[1]趙國(guó)平. “師徒制”人才培養(yǎng)模式研究——以大眾汽車(chē)集團(tuán)（中國(guó)）延安動(dòng)力總成實(shí)訓(xùn)室為例[J]. 陜西教育（高教），2016（11）：70-71.

[2]穆曉輝. 基于普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研討[J]. 經(jīng)貿(mào)實(shí)踐，2016（4）：254.

Traditional Car Powertrain Disassembly and Principle VR Training System

Xiong Youkang

Shenzhen Moving Forward Technology Service Co., Ltd., Guangdong Shenzhen 518000

The application value of virtual reality VR technology in practical teaching is huge. In addition to being able to break through the limitations of space for the teaching environment and enhance students’ interest, it can also avoid dangerous operations and improve safety. The paper introduces the application method of VR virtual reality technology in the traditional vehicle powertrain disassembly training. After combining the implementation methods of VR technology in the past, the training system construction scheme for automobile power teaching is discussed. Combined with the actual teaching cases, the application development methods of the training system are comprehensively summarized.

traditional car powertrain; virtual reality; VR training system

U464.13

A

熊友康（1986—），男，漢族，湖北大冶人，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)榧す饧夹g(shù)及VR技術(shù)等。