VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在推土機(jī)駕駛教學(xué)中的應(yīng)用

吳波

【摘? 要】本文介紹了VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，通過分析VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在推土機(jī)駕駛教學(xué)中應(yīng)用情況，了解了VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)機(jī)械工程教學(xué)的有效性，可有效縮短工程裝備操作人員的培訓(xùn)周期，大大提高了操作人員的技術(shù)水平，可見VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械工程教學(xué)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用前景比較廣闊。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);推土機(jī);駕駛教學(xué)

0引言

在1980年，美國VPL公司創(chuàng)造人拉尼爾提出“虛擬現(xiàn)實(shí)”的概念，之后VR技術(shù)引起國內(nèi)外相關(guān)人士的關(guān)注。VR技術(shù)包括了計(jì)算機(jī)圖形、人工智能等內(nèi)容，在軍事、工業(yè)與教育領(lǐng)域已取得應(yīng)用，并且成果突出。在我國，教育部門在2017年打造并共享了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，計(jì)劃建設(shè)相關(guān)的教學(xué)項(xiàng)目。目前，在推土機(jī)類工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中主要采用傳統(tǒng)模式，學(xué)員在實(shí)訓(xùn)中不能掌握相關(guān)的內(nèi)容，由此延長了學(xué)員的實(shí)訓(xùn)時(shí)間。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)的發(fā)展，VR技術(shù)在機(jī)械工程教學(xué)訓(xùn)練中引入，如何解決該技術(shù)在教學(xué)訓(xùn)練中有效應(yīng)用問題，便成為當(dāng)前亟需解決的問題。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是VR技術(shù)，它是借助計(jì)算機(jī)的功能，將現(xiàn)實(shí)世界在虛擬環(huán)境下再現(xiàn)。它其集合了仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等內(nèi)容，具備了“3I”特性，具體為沉浸性、交互性及構(gòu)想性。其中，沉浸性是主要特征，可以使學(xué)員沉浸在虛擬世界，并能夠參與其中的各種活動(dòng)。學(xué)員沉浸的過程中，可發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，與虛擬環(huán)境共鳴，并成為其中的一部分，而不是被動(dòng)接受教學(xué);交互性起到幫助的作用，可以讓學(xué)員與虛擬環(huán)境中的對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互。比如，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，可通過傳感器對(duì)虛擬環(huán)境中的推土機(jī)設(shè)備零部件進(jìn)行拆裝，讓學(xué)員真正感知到零部件的存在;構(gòu)想性可給用戶提供廣闊的想象空間，將構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景與虛擬設(shè)備用于學(xué)生的實(shí)踐過程中，可讓學(xué)員隨意構(gòu)想不存在的空間，甚至在現(xiàn)實(shí)中不可能存在的，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在推土機(jī)駕駛教學(xué)中應(yīng)用

對(duì)于推土機(jī)駕駛教學(xué)，受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，在實(shí)訓(xùn)過程中會(huì)受到場(chǎng)地、安全等問題限制，讓學(xué)員對(duì)推土機(jī)操作難以形成系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，這就需要借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，充分發(fā)揮其特點(diǎn)，將構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景與虛擬設(shè)備用于學(xué)生的實(shí)踐過程中，具體的應(yīng)用內(nèi)容如下：

2.1理論教材與VR設(shè)備結(jié)合

在過去，對(duì)推土機(jī)駕駛教學(xué)多以書本為主，教練在講解時(shí)主要以灌輸式為主，由于駕駛內(nèi)容比較抽象，學(xué)員難以理解其中的含義，由此大大降低了學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣與質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中被引入，通過將VR技術(shù)與課本結(jié)合，把課本知識(shí)中關(guān)于推土機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備與相關(guān)操作動(dòng)作原理進(jìn)行虛擬模擬，教員將以動(dòng)畫的VR方式展示給學(xué)生。在平時(shí)教學(xué)過程中，教員可利用VR技術(shù)，將現(xiàn)有的PPT等多媒體課件進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)文字到圖形圖像的轉(zhuǎn)換，單向到交互的轉(zhuǎn)換及靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換。教員通過運(yùn)用仿真教學(xué)資源，學(xué)員在實(shí)際實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)過程中可以迅速掌握要點(diǎn)，提升自己的操作水平，相應(yīng)的教學(xué)訓(xùn)練效果得到提升。例如，在現(xiàn)有的場(chǎng)地與推土機(jī)設(shè)備下，為了滿足每個(gè)學(xué)員可以進(jìn)行駕駛操作，教員可利用VR技術(shù)，將現(xiàn)有的PPT等多媒體課件進(jìn)行改造，通過模擬推土機(jī)場(chǎng)地、操作設(shè)備等內(nèi)容，讓學(xué)員在一個(gè)很好的駕駛氛圍中學(xué)習(xí)，進(jìn)而大大提高駕駛水平。

2.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)踐結(jié)合

在推土機(jī)駕駛教學(xué)中，除了理論性知識(shí)，特別重視的是學(xué)員的實(shí)際操作情況。由于在現(xiàn)實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中推土機(jī)駕駛場(chǎng)地有限，在實(shí)際操作中存在高危險(xiǎn)、高成本等特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)員實(shí)訓(xùn)操作少、時(shí)間短，不能及時(shí)掌握相關(guān)操作要領(lǐng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入，通過虛擬環(huán)境中模型，將實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行模擬，根據(jù)實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求過程，指導(dǎo)學(xué)員對(duì)設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)及操作過程等知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)掌握。例如，教員在指導(dǎo)學(xué)員怎么駕駛好推土機(jī)時(shí)，可在這個(gè)過程中，對(duì)推土機(jī)實(shí)際操作環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，在每個(gè)環(huán)節(jié)中注重推土機(jī)操作設(shè)備的原理、基本功能等知識(shí)介紹，將構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景與虛擬設(shè)備用于學(xué)生的實(shí)踐過程中，這樣每一個(gè)學(xué)員不進(jìn)可以在實(shí)際操作中可得心應(yīng)手，還滿足了教員的教學(xué)需求，大大減少了實(shí)訓(xùn)時(shí)間。

2.3虛擬仿真理論與實(shí)踐教學(xué)體系

在推土機(jī)駕駛實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，由于各種因素的限制，許多實(shí)訓(xùn)無法深入到機(jī)械內(nèi)部。比如，機(jī)械裝調(diào)與維修的實(shí)訓(xùn)課程，傳統(tǒng)的教學(xué)方式，學(xué)員雖然能掌握相關(guān)的內(nèi)容，但在機(jī)子發(fā)生故障時(shí)，并不能解決實(shí)質(zhì)性的問題。通過虛擬技術(shù)的使用，發(fā)揮交互性與沉浸性的特點(diǎn)，可將相關(guān)的實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行虛擬轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生可以針對(duì)現(xiàn)實(shí)中的問題進(jìn)行觀察與體驗(yàn)，將構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景與虛擬設(shè)備有效結(jié)合，在實(shí)訓(xùn)過程中學(xué)生可以發(fā)揮自身的想象力，對(duì)相關(guān)的問題引發(fā)思考。教員根據(jù)學(xué)生的問題，設(shè)置相關(guān)的實(shí)踐內(nèi)容，學(xué)生在虛擬環(huán)境中完成推土機(jī)的實(shí)訓(xùn)操作，迅速掌握推土機(jī)的操作步驟與操作要領(lǐng)，減少實(shí)訓(xùn)時(shí)間，提高教員的教學(xué)效果。

結(jié)束語

綜上所述，本文通過對(duì)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在推土機(jī)駕駛教學(xué)中應(yīng)用淺析，了解了擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性及構(gòu)想性的特點(diǎn)，在推土機(jī)駕駛教學(xué)中引用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可提高學(xué)員的技術(shù)水平，有效縮短了教員的駕駛訓(xùn)練周期，由此可知虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械工程教學(xué)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用前景廣闊。

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（作者單位：山推工程機(jī)械股份有限公司）