基于混合現(xiàn)實（MR）的工業(yè)機器人全息教學應用必要性研究

許媛

摘 要：本文探索MR技術與工業(yè)機器人結構認知相結合進行教學的可行性及優(yōu)越性?；贛R技術將工業(yè)機器人以混合現(xiàn)實形式進行呈現(xiàn)，包括整個實訓室場景、相關虛擬設備虛擬工業(yè)機器人本體，利用MR眼鏡實現(xiàn)虛擬工業(yè)機器人的透視、局部、旋轉等觀察功能進行教學，從而使學生學習工業(yè)機器人結構的工作原理及設計方法;可實現(xiàn)工業(yè)機器人安裝拆卸的交互式演示，實現(xiàn)虛擬三維物體、動畫與物理現(xiàn)實空間自然融合，形成一套工業(yè)機器人全息教學應用系統(tǒng)，優(yōu)化一體化教學實施。

關鍵詞：MR技術;虛擬;全息教學;實訓室場景

MR（Mix Reality）是混合現(xiàn)實的簡稱，是與VR、AR技術合并實現(xiàn)現(xiàn)實世界和虛擬世界而產生的新的可視化虛擬環(huán)境。在新的可視化虛擬環(huán)境里，物理對象和數(shù)字對象共存實時互動，其含義為：MR等于VR加AR，等于真實世界加虛擬世界和數(shù)字化信息。MR技術為通過補充和疊加兩種方式，使用戶感知不同的日常生活信息，達到一種在真實世界與虛擬物體友好共存的狀態(tài)，最終得到良好的體驗。MR技術的核心含義是讓用戶感知通過疊加信息增強效果給現(xiàn)實環(huán)境，而并非將虛擬世界替換現(xiàn)實世界。大多數(shù)職業(yè)院校的工業(yè)機器人專業(yè)教學多以綜合性實訓臺架為主要實訓設備，而實際生產中流水線幾乎不可能搬進學校實訓室，所以利用虛擬現(xiàn)實技術，將工業(yè)機器人生產實際應用呈現(xiàn)在一體化教學中十分必要。

1 緊扣時代、響應國家政策及專業(yè)技術人才發(fā)展的需要

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，提出為實現(xiàn)中國教育現(xiàn)代化2030遠景目標。目標包括教育質量全面提升，即教師素質進一步提高，學校辦學條件明顯改善，教育信息化實現(xiàn)新突破，形成信息技術與教育融合創(chuàng)新發(fā)展的新局面，學習的便捷性和靈活性明顯增強。在當前形勢下，國家鼓勵改革創(chuàng)新驅動教育發(fā)展、激發(fā)學校辦學活力、強化高校創(chuàng)新體系建設、積極發(fā)展“互聯(lián)網+教育”?！肮I(yè)4.0”、“制造2025”已成為當代的關鍵詞。另一方面，信息技術發(fā)展的成果已在生活中占據主流，移動互聯(lián)、虛擬仿真以及大數(shù)據等技術在教育領域的應用也成為大勢所趨。

2 解決教學與產業(yè)需求難以接軌，實現(xiàn)教學深度升級的需求

因為職業(yè)院校教學的特殊性，學生需要掌握必須的操作技能。但是由于設備、場地、成本等條件限制，比如學校設備不廣、不全、不多，不會用、不敢用、不夠用。學校很難開展相關的實訓，即使進行實訓了，往往由于人數(shù)眾多，后排的學生經常無法聽清或看到教師的講解及操作;并且通常因為時間、場地有限與相關設施、人員的安全因素考量，學生大多只能參與到片段性的、非核心的工藝，而不能接觸到系統(tǒng)化、多案例、全場景的實訓案例。因此，通過虛擬仿真軟件，作為連接“理”和“實”的橋梁，實現(xiàn)維度、真實與交互的升級，能夠提升實訓效果與學習積極性;并且能夠配合學校真實的加工設備，以虛實結合的方式提供與產業(yè)需求相接軌的教學實訓內容。

3 教育教學改革的需要

基于MR技術將工業(yè)機器人以虛擬場景和現(xiàn)實疊加進行呈現(xiàn)。將MR技術與傳統(tǒng)的《工業(yè)機器人結構認知》、《工業(yè)機器人基礎》等課程相結合，讓學生通過虛擬的方式反復練習，加強教學的技術性、職業(yè)性、情景性、過程性與互動性。形成3D建模，把人和實訓場景及模具融合進虛擬的3D世界里面，并進行交互式交流。

校企合作進行虛擬仿真開發(fā)引擎的使用及培訓，通過學習、培訓，培養(yǎng)一批能夠熟練使用開發(fā)工具的教師及學生。學校通過虛擬仿真雙創(chuàng)空間的深度建設，為學生提供一個自主開發(fā)、創(chuàng)作的平臺，開展相關項目、課題等。

促進實施混合式課堂教學改革。選擇1-2門資源豐富、師資力量強的課程實施混合式課堂教學改革，利用現(xiàn)代信息技術，開發(fā)豐富的微課、課件、案例、試題庫等數(shù)字資源。通過實施混合式課堂教學改革，培養(yǎng)起學生自學、質疑、分析問題、解決問題等學習能力，實現(xiàn)由“學會”到“會學”的轉變。運用現(xiàn)代化的多媒體技術，形成網絡教學為主、課堂輔導為輔的教學方式。組建由合作企業(yè)有關人員和專業(yè)教師、學生組成的課程開發(fā)小組，實行學校、企業(yè)、社會和學生多元主體評價模式充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，并在信息化技術的幫助下，對課堂教學、校內實訓、校外實習等課程進行考核評價。

綜上所述，混合現(xiàn)實（MR）全息技術教學對教育信息化的推動作用十分重要，這必將改變我們職業(yè)教育的時空結構，很好地改變了我們的職業(yè)教育的教學結構，很好地改變了我們職業(yè)教育的學生的學習結構，很好地改變了我們產教融合的職業(yè)教育的社會結構，很好地改變了我們職業(yè)教育信息化條件下的資源結構。

參考文獻

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