虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）在射線探傷教學中的應用探究

楊起俊 牛 禧

（重慶公共運輸職業(yè)學院，重慶 402247）

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)(英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR)，是20世紀發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)囊括計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術(shù)領(lǐng)域[1]。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是利用現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)，通過計算機技術(shù)產(chǎn)生的電子信號，將其與各種輸出設備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過三維模型表現(xiàn)出來。因為這些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過計算機技術(shù)模擬出來的現(xiàn)實中的世界，故稱為虛擬現(xiàn)實[2]。

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)特有的特點，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以模擬危險的實際操作，在越來越多的高危行業(yè)中得到了應用，如醫(yī)學、軍事、航空航天等方面。

2 射線探傷教學中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的必要性

2.1 射線探傷的發(fā)展現(xiàn)狀

焊接是當今工業(yè)生產(chǎn)中最重要的加工手段之一，由于工作條件、加工特點以及人員操作技術(shù)水平影響，焊接后的焊接接頭難免會產(chǎn)生缺陷，如果缺陷超出標準，影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，甚至造成重大事故。無損探傷是焊接接頭主要檢測手段，無損探傷有射線探傷、超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、熒光探傷等成熟的技術(shù)，其中，射線探傷是最直觀、最準確的一種方法。特別是在管道、壓力容器、船舶制造等行業(yè)廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，我國20世紀末各行業(yè)各級別無損檢測人員有10萬人左右，近10年來，我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長，而機械制造、化工、冶金及基礎(chǔ)建設的增長速度更是高于經(jīng)濟增長速度，無損檢測人員的需求以年約10%的速度增長。根據(jù)國家質(zhì)檢總局公布的全國無損檢測人員的缺口大致為3萬人[3]。

2.2 射線探傷教學中突出的問題

射線探傷主要采用γ射線和X射線兩種方法，它們都具有很高的危險性，特別是γ射線使用的放射源，受到政府部門嚴格控制，并且由于衰減，需要定期更換放射源，提高了教學成本，所以在各種培養(yǎng)機構(gòu)想要進行射線教學是非常困難的。

劉軍華構(gòu)建工業(yè)X射線探傷擬真教學體系，開發(fā)了X射線探傷擬真教學軟件[4]，筆者認為，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬真實的工作環(huán)境進行教學，避免了直接接觸射線的危險，解決了設備耗材的成本問題，相對于虛擬仿真技術(shù)，“沉浸式”教學體驗更能提高學員的學習興趣，對知識點更容易理解吸收。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在射線探傷教學中實現(xiàn)的方式

3.1 射線探傷操作模擬

以γ射線和X射線的參數(shù)不同、照射方式、焊接結(jié)構(gòu)不同，可以搭建板對接焊縫單壁成像、小徑管雙壁雙影成像、筒體對接（環(huán)焊縫、縱焊縫）全景曝光等模擬工作場景。

設置射線探傷靈敏度影響因素，射線探傷靈敏度影響因素主要分為對比度、不清晰度和顆粒度等三大要素，此三大要素又分別受到不同工藝因素影響，所以對于射線探傷靈敏度計算較復雜，為了簡化探傷人員工作內(nèi)容，模擬現(xiàn)場探傷真實工作情況，一般情況下，固定了若干影響因素（如增感方式、膠片黑度），設置若干變量（射線能量、透照厚度、曝光時間、入射角度等），γ射線和X射線都會制作相對的曝光曲線，再以典型的探傷設備的曝光曲線推導出計算公式，設為VR軟件的計算程序。當學員進入射線探傷VR場景，模擬探傷工作，學員會調(diào)整變量，程序后臺通過計算公式，得出一組靈敏度數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對應了一張射線膠片，將膠片實例化，供學員觀看分析。

從射線探傷操作模擬教學模塊中，可以學習到各種典型焊接結(jié)構(gòu)的透照方式選擇；一次透照長度的計算、曝光曲線中射線能量、透照厚度、曝光時間等參數(shù)的對應關(guān)系及選擇，基本還原了射線探傷工作過程。

3.2 暗室處理

通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬暗室洗片操作，步驟包括配液、顯影、定影、水洗和烘干等，借助其他學習資源，或者在軟件里詳細講解，幫助學生熟悉顯影的原理、影響因素、顯影和定影的時間、水溫控制等知識，掌握了暗室處理整個流程的熟悉度以及各個步驟的正確操作方法。

3.3 底片評定

建立射線探傷資源庫，包含大量焊接缺陷案例。學生可在計算機軟件上練習評片，既能避免在學習過程中誤操作劃傷膠片，又能擺脫膠片資源缺少的問題，還能提高學習效率，通過題庫隨機抽題反復練習，形成牢固的記憶。

3.4 安全操作提示

安全是射線探傷重中之重的工作，在虛擬現(xiàn)實軟件中，安全操作提示貫穿整個射線探傷過程，這樣可以讓學員注意某些不容易發(fā)現(xiàn)的隱患，提高學員安全意識，形成正確的操作規(guī)范，避免今后發(fā)生安全事故，比如射線探傷開始前，需要清空探傷室人員，檢查門是否關(guān)閉，打開射線作業(yè)指示燈，若學生這些操作未完成，系統(tǒng)就會發(fā)出安全警告，提醒學生。

4 結(jié)語

通過先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬射線探傷學習，有許多可取之處，在保障安全的情況下，有助于增強學員的學習興趣，提高學員的學習效率，并節(jié)約了成本，保障了學員的安全，是一種可推廣的技術(shù)。