電腦組裝與維修VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

呂麟飛

基金項(xiàng)目：“電腦組裝與維護(hù)”VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（S201911306096）

摘要：VR技術(shù)已經(jīng)逐漸融入我們的學(xué)習(xí)和工作，“VR+學(xué)習(xí)”模式能夠更好地滿(mǎn)足一些高危、高消耗的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的需求。將VR技術(shù)應(yīng)用于電腦組裝與維修實(shí)訓(xùn)，避免了現(xiàn)實(shí)操作中電腦易損壞的問(wèn)題，有利于學(xué)員快速掌握相關(guān)知識(shí)與實(shí)操技能，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力的人才。文章從電腦組裝與維修VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用優(yōu)勢(shì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)過(guò)程等方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：VR;實(shí)訓(xùn);電腦組裝;電腦維修

中圖分類(lèi)號(hào)：TP305文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）14-0022-01

VR是在二十世紀(jì)八十年代提出的理論，即虛擬現(xiàn)實(shí)，指的是借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)引擎、VR眼鏡、5G網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的不斷發(fā)展，VR的諸多理論已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)并漸漸融入到我們的學(xué)習(xí)中。

1VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

1.1成本低。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的限制之一便是實(shí)驗(yàn)器材非常昂貴且容易損壞，不便于大規(guī)模的普及。而VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以非常好的解決這一問(wèn)題，其既能夠讓實(shí)驗(yàn)者擁有最真實(shí)的體驗(yàn)，還可以有效規(guī)避實(shí)驗(yàn)器材的損壞，做到節(jié)約成本[1]。

1.2實(shí)驗(yàn)生動(dòng)化。通過(guò)虛擬教學(xué)技術(shù)可以有效增加課堂的趣味性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加課堂互動(dòng)，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

1.3節(jié)約時(shí)間、空間。通過(guò)虛擬教學(xué)技術(shù)可以省去準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材以及器材維護(hù)的時(shí)間，課堂內(nèi)也不需要擺放大量器材，有效的節(jié)省了空間。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文章利用VR技術(shù)構(gòu)建高度仿真的電腦組裝與維護(hù)場(chǎng)景，通過(guò)三維模型設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)，模擬電腦的組裝與維護(hù)過(guò)程。

2.1教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景。電腦組裝與維護(hù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)景分為兩個(gè)，一個(gè)是電腦組裝場(chǎng)景、電腦故障排查實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，另一個(gè)是電腦維修實(shí)驗(yàn)操作場(chǎng)景。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。以電腦故障維修過(guò)程為例，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)為“發(fā)現(xiàn)故障——分析并排查故障原因——解決故障”。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中還原電腦出現(xiàn)的多種故障現(xiàn)象，為學(xué)員進(jìn)行電腦維修虛擬實(shí)驗(yàn)操作提供多類(lèi)型的故障實(shí)例。

2.2功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)包括三個(gè)主要功能，分別為電腦零部件組裝與拆解交互功能、故障信息庫(kù)及提示功能、虛擬維修交互功能[2]。

（1）電腦零部件組裝與拆解交互功能：學(xué)員進(jìn)入場(chǎng)景后，能夠?qū)⒉僮髋_(tái)上的電腦零部件進(jìn)行組裝，也可以從中認(rèn)識(shí)顯卡、內(nèi)存條、主板等各個(gè)零部件。

（2）故障信息庫(kù)及提示功能：學(xué)員根據(jù)系統(tǒng)提供的題庫(kù)以及考試系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)踐操作掌握電腦故障反饋信息以及相應(yīng)解決故障的方法。

（3）虛擬維修交互功能：學(xué)員完成電腦組裝與拆解功能后，可以進(jìn)入下一場(chǎng)景進(jìn)行虛擬電腦維修實(shí)踐，并根據(jù)系統(tǒng)提示信息完成相關(guān)維修項(xiàng)目。

3開(kāi)發(fā)工具

IdeaVR是一款面向全行業(yè)用戶(hù)的VR異地多人協(xié)同平臺(tái)軟件，專(zhuān)業(yè)定位VR內(nèi)容開(kāi)發(fā)。軟件UI設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)潔明了，是一款能夠快速制作專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)課件、進(jìn)行多人VR授課，同時(shí)幫助學(xué)生進(jìn)行作業(yè)設(shè)計(jì)、分享設(shè)計(jì)成果的專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)軟件。

4開(kāi)發(fā)過(guò)程

4.1三維建模、渲染與場(chǎng)景搭建。系統(tǒng)使用的電腦零部件三維模型使用3Dmax2014建模，三維場(chǎng)景使用IdeaVR內(nèi)置的室內(nèi)環(huán)境模型。IdeaVR支持導(dǎo)入常用三維設(shè)計(jì)軟件格式文件，包括".fbx"、“.obj”、“.3ds”、“.dae”和“.stl”等。將三維模型導(dǎo)入虛擬場(chǎng)景后進(jìn)行貼圖渲染，選擇合適的貼圖并設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)使虛擬環(huán)境顯得更加真實(shí)，使學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中具有更強(qiáng)烈的代入感。

4.2動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)。通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)向?qū)W員展示電腦組裝的過(guò)程和一些維修步驟，向?qū)W習(xí)者展示電腦組裝與拆卸過(guò)程。學(xué)習(xí)者點(diǎn)擊控制板上的按鈕，教室中間的電腦則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)，如按下“一鍵拆卸”按鈕，電腦部件則會(huì)按照一定順序進(jìn)行分離并向各方向位移，最終停在展臺(tái)上，方便學(xué)習(xí)者觀察。按下“一鍵裝機(jī)”按鈕，各部件便會(huì)緩慢進(jìn)行重組，最終組裝成一個(gè)完整的電腦主機(jī)。

4.3交互設(shè)計(jì)。系統(tǒng)允許學(xué)員使用VR頭盔或PC進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過(guò)VR手柄或鼠標(biāo)進(jìn)行虛擬交互。例如使用頭盔和手柄操作中，當(dāng)學(xué)員使用手柄指向電腦零部件并觸發(fā)交互時(shí)，三維空間中會(huì)自動(dòng)演示相應(yīng)的三維動(dòng)畫(huà)。使用PC端進(jìn)行操作時(shí)，當(dāng)學(xué)員將鼠標(biāo)移動(dòng)并指向某一零件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在該零件旁邊顯示其名稱(chēng)。

5系統(tǒng)測(cè)試

步驟一：使用HTC vive頭盔進(jìn)入系統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景，系統(tǒng)首先呈現(xiàn)的是一個(gè)教室的虛擬場(chǎng)景，教室中一個(gè)操作臺(tái)上擺放著一套臺(tái)式電腦。通過(guò)手柄按鍵移動(dòng)到操作臺(tái)前，然后移動(dòng)手柄射線(xiàn)指向的電腦零部件來(lái)認(rèn)識(shí)相應(yīng)零部件的名稱(chēng)，接著通過(guò)手柄按鍵將主機(jī)的零部件逐一進(jìn)行拆解，最后使用同樣的方法按照一定的順序再將這些零部件進(jìn)行組裝。

步驟二：學(xué)員按照虛擬場(chǎng)景中的黑板上展示的內(nèi)容進(jìn)行多種電腦故障反饋信息學(xué)習(xí)，并根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行相應(yīng)的故障解決虛擬操作，通過(guò)“觀察電腦故障特征——檢測(cè)具體故障原因——理清解決方法”的排查思路，逐步確定故障內(nèi)容并正確維修電腦。

步驟三：上述內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢后，系統(tǒng)給出隨機(jī)測(cè)試題，學(xué)員根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行考試。

通過(guò)以上步驟的測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，能夠有效提升學(xué)員對(duì)電腦結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)、掌握電腦組裝的方法、熟悉多種電腦故障現(xiàn)象并能夠逐步學(xué)習(xí)和掌握電腦維修的技能。

6結(jié)語(yǔ)

電腦組裝與維修VR實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)將VR技術(shù)與傳統(tǒng)電腦組裝、維修教學(xué)相融合，創(chuàng)建真實(shí)1：1建模場(chǎng)景，學(xué)員通過(guò)頭戴式頭盔和操作手柄進(jìn)行虛擬互動(dòng)，節(jié)省了教學(xué)成本，避免了教學(xué)道具二次損壞，給予學(xué)員多次機(jī)會(huì)操作，并且操作過(guò)程安全性非常高。將VR應(yīng)用于教學(xué)實(shí)訓(xùn)，提供了直觀形象的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，有利于提高學(xué)習(xí)者積極性，提高學(xué)習(xí)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐燕.VR技術(shù)在中職筆記本電腦維修課程技能教學(xué)中的應(yīng)用[J].北京微型電腦應(yīng)用，2019（6）：27-30

[2]管維紅，華馳，張蓉，葉春.筆記本電腦虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)與應(yīng)用[J].中國(guó)教育信息化，2019（24）：41-43+47