VR 技術(shù)在汽車噴涂課程的應(yīng)用

周康震

江蘇省連云港工貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇省連云港市 222000

高職院校汽車實踐類課程教學(xué)存在教學(xué)成本過高，安全隱患較多的問題，一部分職業(yè)院校實踐設(shè)備較為落后，最終的演示效果不理想。汽車噴涂課程的重點教學(xué)內(nèi)容是汽車車身的修復(fù)與涂裝工作，在教學(xué)設(shè)計階段將車身表面預(yù)處理、面漆噴涂、車身修正等眾多內(nèi)容整合到一起，為了滿足學(xué)生的實踐需求，需要改變傳統(tǒng)的實訓(xùn)模式，將VR 技術(shù)在汽車噴涂課程中進行有效應(yīng)用。本文主要分析了汽車教育領(lǐng)域常用的VR 技術(shù)類型，并對VR 技術(shù)在汽車噴涂專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用進行了綜合探討，全面提高高職院校汽車噴涂教學(xué)質(zhì)量，滿足素質(zhì)教育的根本需求，注重學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)。

1 汽車教育領(lǐng)域的VR 技術(shù)類型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡稱VR 技術(shù)，是以計算機為核心在現(xiàn)代化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的新型信息技術(shù)，其主要功能有三維圖形、多媒體技術(shù)、仿真模擬技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等。將多元化的技術(shù)成果整合到一起，通過計算機設(shè)備展現(xiàn)出逼真的虛擬世界，在教育領(lǐng)域的有效應(yīng)用，能夠根據(jù)教師設(shè)置的教學(xué)流程，讓學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的操作感。學(xué)生在專業(yè)技能培訓(xùn)的同時，觀察虛擬的汽車結(jié)構(gòu)以及在噴涂模擬階段物體的變化，通過真實的交互動作，感受虛擬世界帶來的獨特體驗。

1.1 桌面式

桌面式VR 技術(shù)，是在移動終端平臺下通過桌面顯現(xiàn)出的虛擬技術(shù)，利用終端圖形和顯示器，將虛擬場景展現(xiàn)在學(xué)生面前，桌面式VR 技術(shù)屬于基礎(chǔ)類VR 技術(shù)，其設(shè)備采購成本較低，整體結(jié)構(gòu)十分簡單，在教育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。只需要在PC 平臺進行軟件安裝，就可以自主完成VR 系統(tǒng)的啟動，向?qū)W生展示汽車的3D 模型，并根據(jù)汽車噴涂課程的教育需求，為學(xué)生提供功能實踐平臺，學(xué)生只需要通過鼠標、鍵盤等基礎(chǔ)硬件操作，就能夠完成與虛擬場景之間的互動。

1.2 沉浸式

沉浸式VR 系統(tǒng)要求學(xué)生佩戴頭盔顯示器，或憑借封閉式VR 設(shè)備獲得獨特的感官體驗，為學(xué)生創(chuàng)造一個虛擬化的實踐空間，汽修專業(yè)的學(xué)生在噴涂學(xué)習(xí)和真實噴涂場景體驗階段，利用VR 技術(shù)進行沉浸式的實驗操作。根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)重復(fù)進行車輛噴涂訓(xùn)練，在沉浸式的VR 技術(shù)模擬場景中掌握復(fù)雜的噴涂流程，新穎的教學(xué)空間能夠讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的實踐興趣，按照規(guī)范化的實踐步驟進行噴涂操作，豐富學(xué)生的知識儲備。

1.3 增強式

增強式VR 系統(tǒng)需要在真實的實踐環(huán)境基礎(chǔ)上，對虛擬對象進行疊加處理，讓廣大學(xué)生在體驗真實世界的同時，觀察疊加的虛擬對象，汽車專業(yè)的學(xué)生在增強式VR 系統(tǒng)體驗階段，需要佩戴VR 眼鏡，將電腦與汽車自動化技術(shù)實踐平臺進行有效連接。從汽車噴涂的角度觀察疊加色彩圖像，劃分重點實踐區(qū)域，選擇合適的噴涂工具，不斷調(diào)整噴涂流程，增強式VR 系統(tǒng)對學(xué)生車輛噴涂過程進行引導(dǎo)，增強學(xué)生對實踐操作流程的了解。

1.4 分布式

分布式VR 系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢就在于，可以通過網(wǎng)絡(luò)將多個用戶連接到一起共同體驗虛擬世界，是線上課程不可多得的實踐教學(xué)工具，教師能夠利用課后時間通過網(wǎng)絡(luò)觀察學(xué)生的教學(xué)任務(wù)完成情況。分布式VR 系統(tǒng)在高職汽車噴涂過程中的應(yīng)用，通過開展遠程教育提供技術(shù)指導(dǎo)，將其與微課、慕課的線上教學(xué)模式進行有效結(jié)合。讓不同地區(qū)、不同環(huán)境下的學(xué)生，都能夠接受教師的實踐技能指導(dǎo)，整合現(xiàn)有的教學(xué)資源，為學(xué)生帶來新奇的實踐體驗。

2 汽車噴涂課程應(yīng)用VR 技術(shù)的重要性

2.1 進一步落實項目教學(xué)法

汽車噴涂課程教學(xué)中涉及到的實踐教學(xué)內(nèi)容較多，通常采用項目教學(xué)法與任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)方式，VR 技術(shù)的有效應(yīng)用堅持以任務(wù)教學(xué)為驅(qū)動，觀察學(xué)生的實踐教學(xué)表現(xiàn)，并在恰當?shù)臅r機提出實踐任務(wù)，要求學(xué)生自主參與的實訓(xùn)練習(xí)中。在學(xué)校搭建VR 技術(shù)為基礎(chǔ)的實訓(xùn)教學(xué)平臺，將教學(xué)內(nèi)容分為汽車維護、噴涂操作、注意事項三個輔導(dǎo)部分，分別設(shè)置不同的教學(xué)任務(wù)，采用闖關(guān)式訓(xùn)練方法，要求學(xué)生在完成任務(wù)后才能開啟下一階段任務(wù)。打破傳統(tǒng)教學(xué)存在的時間與空間限制，利用虛擬環(huán)境中提供的視頻、圖片等信息，加強學(xué)生對噴涂技術(shù)的了解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

例如：在底漆、膩子施工的過程中，按照涂裝要求將訓(xùn)練區(qū)域劃分為車架噴涂、骨架噴涂、車身部件噴涂等，車架、骨架和一部分零件不需要進行膩子處理，只需要簡單的清潔后，就能夠完成噴涂作業(yè)。汽車外表面底漆、膩子施工，主要采用噴涂底漆或涂刷的方式做好金屬表面的防腐和防銹工作，熟練的掌握膩子涂刮、打磨方法，分別模擬手工打磨和機械打磨技巧，讓學(xué)生通過重復(fù)多次的訓(xùn)練，獨立完成大平面的打磨工作。在完成第一道膩子工序后，要求學(xué)生進行填平低凹處訓(xùn)練，并按照要求進行第二層膩子打磨，以此為基礎(chǔ)有序的開展第三層、第四層膩子打磨訓(xùn)練，直到學(xué)生充分掌握底漆膩子施工技巧。

2.2 反復(fù)操作強化學(xué)生的專業(yè)技能

在汽車噴涂課程教學(xué)開展的過程中，相關(guān)設(shè)備的使用和資源的消耗是重點教育內(nèi)容，由于現(xiàn)代化設(shè)備更新?lián)Q代速度較快，高校無法向?qū)W生不間斷的提供新技術(shù)設(shè)備。VR技術(shù)的有效應(yīng)用有效解決噴涂設(shè)施落后問題，虛擬化教學(xué)場景的創(chuàng)建可以適當?shù)暮雎栽O(shè)備數(shù)量和資源消耗，保證學(xué)生在汽車噴涂中的人身安全，通過反復(fù)多次的項目訓(xùn)練，提高實踐操作熟練度。VR 技術(shù)與任務(wù)教學(xué)法進行有效結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的參與積極性，降低學(xué)生在虛擬操作階段的失誤率，全面提高教學(xué)成效。

2.3 提高學(xué)生的職業(yè)意識

知識時代各行各業(yè)人才培養(yǎng)強調(diào)個人職業(yè)能力的提升，汽車噴涂對汽車領(lǐng)域的人才有著特殊技能要求，VR 技術(shù)在實踐教學(xué)中的有效應(yīng)用，需要注重學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。只有具備較高的職業(yè)意識和職業(yè)能力，才能夠在今后的崗位實踐過程中融入各項專業(yè)技能，潛移默化提高個人職業(yè)素養(yǎng)，滿足現(xiàn)代化汽車行業(yè)對高素質(zhì)技能型人才的培養(yǎng)需求。VR 技術(shù)與實踐教學(xué)內(nèi)容相輔相成，虛擬場景的構(gòu)建能夠加強學(xué)生之間的通力合作，并在教師的指導(dǎo)下形成完整的任務(wù)鏈。

3 VR 技術(shù)在汽車噴涂課程的應(yīng)用

3.1 VR 技術(shù)在理論教學(xué)中的應(yīng)用

在汽車噴涂專業(yè)教學(xué)開展的過程中，為了提高學(xué)生的參與積極性，教師通常選擇大量的圖片和動畫，對復(fù)雜的工藝流程進行多媒體演示，讓學(xué)生能夠了解汽車車身的整體結(jié)構(gòu)以及噴涂所采用的各類設(shè)備。資金雄厚的高校會采購汽車設(shè)備，讓學(xué)生仔細觀察車身的主體構(gòu)造，明確噴涂過程中的注意事項，由此可見，學(xué)生對噴涂課程中所提及到的理論知識內(nèi)容了解不足，課堂講解形式過于枯燥。VR 技術(shù)的有效應(yīng)用，可以憑借計算機3D 圖形技術(shù)和仿真模擬技術(shù)，將汽車噴涂專業(yè)所采用的各類設(shè)施進行詳細介紹，學(xué)生只需要通過鼠標、鍵盤等計算機外設(shè)，或通過VR 設(shè)施進行虛擬設(shè)備操作，在噴涂模擬階段觀察汽車的整體結(jié)構(gòu)和噴涂細節(jié)，最終得到的實踐效果與現(xiàn)實環(huán)境下汽車噴涂效果一致。學(xué)生可以在觀察實踐中結(jié)合教師講解的理論知識，對汽車噴涂流程有一個清晰認識，讓學(xué)生獲得真實的感官體驗，提高實踐教學(xué)成效。

3.2 VR 技術(shù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

汽車噴涂課程中的實踐知識有：汽車車身修復(fù)與涂裝、表面預(yù)處理、底漆膩子施工、面漆噴涂、漆膜拋光等等。實踐技能培養(yǎng)是汽車噴涂專業(yè)不可或缺的關(guān)鍵性教育手段，主要目的是增強學(xué)生的動手能力和理論知識應(yīng)用能力，在實踐過程中掌握噴涂的基本技巧。高職院校正不斷增加實訓(xùn)課程的課時比重，VR 技術(shù)在汽車噴涂課程中的有效應(yīng)用，能夠彌補傳統(tǒng)教學(xué)場地、設(shè)備的欠缺，激發(fā)學(xué)生的參與熱情。VR 技術(shù)可以模擬汽車噴涂過程，在實驗階段為學(xué)生帶來身臨其境的操作體驗，并與學(xué)生進行知識、技能交流，有效解決在培訓(xùn)階段學(xué)生面臨的各類操作風(fēng)險。學(xué)生在噴涂階段可以從多個角度觀察汽車整體結(jié)構(gòu)，通過計算機技術(shù)的有效應(yīng)用，對噴涂過程和設(shè)備使用進行綜合指導(dǎo)，學(xué)生通過反復(fù)訓(xùn)練，熟悉汽車噴涂各環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

例如：在涂裝前車身表面預(yù)處理的過程中，作為汽車噴涂課程的重要環(huán)節(jié)，為了保證噴涂后的漆膜能夠適應(yīng)不同的物理環(huán)境，需要在仔細對比涂料性能和質(zhì)量的同時，做好噴涂前金屬表面的處理工作。清除裂紋、起泡的舊漆，汽車經(jīng)過長時間的使用，會受到自然環(huán)境的影響，舊涂膜會出現(xiàn)龜裂、脫落等現(xiàn)象。在車身修理階段可以通過拷補和氣焊等方式對損傷部位進行修復(fù)，舊涂膜的清除程度根據(jù)噴涂質(zhì)量要求，分別采取全部清除和部分清除的決策。通過VR 技術(shù)建立虛擬化實踐場景，分別讓學(xué)生體驗手工清除法、火焰燒鏟法、化學(xué)清除法、機械清除法、燒堿清除法等方式的呈現(xiàn)效果，在實訓(xùn)項目考察階段要求學(xué)生根據(jù)噴涂要求和汽車車身的損壞情況，選擇合適的噴涂技巧，全面提高學(xué)生的實踐探究能力和技術(shù)分析能力。

3.3 仿真教學(xué)與模型演示

VR 技術(shù)在汽車噴涂課程中的有效應(yīng)用，能夠潛移默化的提升學(xué)生的自主創(chuàng)造能力和動手實踐能力，教師可以根據(jù)實際教學(xué)情況，有針對性的安排教學(xué)內(nèi)容，移動端仿真教學(xué)指的是學(xué)生利用電腦、iPad 安裝教學(xué)軟件，通過軟件的交互功能在系統(tǒng)內(nèi)部完成場景模擬。對重點教學(xué)內(nèi)容進行模擬實訓(xùn)，結(jié)合圖片、視頻、聲音等虛擬化教學(xué)資料，設(shè)計出移動端專用實踐課件，借助計算機的便利性完成虛擬場景仿真。教學(xué)模型演示指的是利用VR教學(xué)系統(tǒng)中的模型板塊，在教學(xué)階段全方位的進行操作流程演示，明確個人在汽車噴涂操作階段存在的不足之處，模型演示能夠直觀的分析多元化汽車噴涂的方式，引導(dǎo)學(xué)生更好地掌握汽車噴涂的技巧和規(guī)律，加深學(xué)生對專業(yè)技能的認識。

4 基于VR 技術(shù)的汽車噴涂實訓(xùn)平臺

4.1 虛擬化的情景感知

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在現(xiàn)代化科技的基礎(chǔ)上，充分運用傳感測量科技系統(tǒng)、仿真模擬技術(shù)、多媒體技術(shù)、可視化技術(shù)、人工智能技術(shù)、圖像處理技術(shù)建立虛擬化實踐場景。為學(xué)生帶來真實的實踐體驗。除此之外，利用識別設(shè)備了解學(xué)生在操作中獲得的觸覺感知、視覺感知等情況，運用先進的反饋技術(shù)明確汽車噴涂與學(xué)生主觀感知之間的交互關(guān)系，為學(xué)生帶來舒適的操作體驗。VR 技術(shù)的有效應(yīng)用需要構(gòu)建良好的實踐環(huán)境，讓學(xué)生了解汽車噴涂的整個流程，在教師的引導(dǎo)下，有針對性的開展與汽車噴涂相關(guān)的實踐任務(wù)，通過Web 技術(shù)環(huán)境對豐富的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源進行有效應(yīng)用，保障學(xué)生獲得豐富的實踐體驗，避免真實環(huán)境下受到的人為干擾，讓學(xué)生在虛擬教學(xué)環(huán)境下進行合作探究，堅持以學(xué)生為主體開展多元化實踐教學(xué)，并形成教師、學(xué)生、人機之間的多方位互動體系。

例如：在面漆噴涂教學(xué)開展的過程中，要求學(xué)生做好噴涂前的準備工作，對不需要噴涂的區(qū)域采用色彩覆蓋的方式進行封閉處理，根據(jù)制造廠標記的汽車顏色和現(xiàn)有的面漆品種，征求車主的個人意愿，選擇合適的面漆材料，并在稀釋后進行漆料過濾。在虛擬操作階段，由于車輛不同所選擇的面漆種類不同，根據(jù)系統(tǒng)提示觀察不同面漆形成的噴涂效果，嘗試分別采用醇酸磁漆噴涂工藝、硝基磁漆噴涂工藝等手法完成教師設(shè)置的實踐任務(wù)。按照噴涂均勻、光滑的施工要求，嘗試采用進口涂料進行噴涂施工，不同的噴涂手法和噴涂材料能夠展現(xiàn)出不同的成品效果，在虛擬場景下能夠分別體驗不同類型的噴涂技術(shù)，從中選擇適合項目要求的噴涂方式。

4.2 多元化的系統(tǒng)功能

VR 技術(shù)在汽車噴涂課程中的有效應(yīng)用，需要教師在教學(xué)流程設(shè)計階段，充分了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺所包含的多元化系統(tǒng)功能，了解汽車的整體結(jié)構(gòu)和外在配置，在虛擬體驗的過程中360°全方位展示汽車的面漆分布情況。教師在融合相關(guān)教學(xué)案例過程中，將有待修復(fù)的汽車模型立體化展現(xiàn)在學(xué)生面前，要求學(xué)生結(jié)合現(xiàn)有的知識儲備，分析需要采用的噴涂手法，充分發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的功能作用。將VR 科技與實踐環(huán)境進行有效結(jié)合，為汽車噴涂服務(wù)提供基礎(chǔ)保障，從不同的角度進行技能分析，在虛擬技術(shù)平臺內(nèi)部建立活動場所，主要負責(zé)對各項技術(shù)條件的模擬操作。向?qū)W生全方位展示汽車噴涂階段所采用的各類工具，結(jié)合汽車噴涂的工藝流程體驗關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)合實訓(xùn)教材和汽車噴涂的操作條件，采用合適的VR系統(tǒng)功能，建立仿真模擬實驗室。利用仿真教學(xué)彌補傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)經(jīng)費不足、場地緊張等問題，降低汽車噴涂課程實訓(xùn)成本，改善當前的教學(xué)現(xiàn)狀。VR 仿真系統(tǒng)要求學(xué)生在進入到互動界面后，通過旋轉(zhuǎn)、透視等基礎(chǔ)指令，深入了解汽車需要進行的噴涂區(qū)域，選擇合適的設(shè)備工具，根據(jù)教師提出的噴涂要求，詳細參考各項數(shù)據(jù)指標，制定出科學(xué)合理的噴涂方案，保證噴涂方案的科學(xué)性。

例如：教師在噴涂施工注意事項講解的過程中，需要在模擬實踐開展前標注好噴涂次序，保證漆膜的整體質(zhì)量和最終的成品光澤，在車身噴涂階段發(fā)動機蓋、門的里層等區(qū)域噴涂作業(yè)十分困難。因此，要求學(xué)生先進行特殊區(qū)域的噴涂工作，教師在一旁進行實時指導(dǎo)，在噴涂門框時要求學(xué)生保持車門處于微微開啟的狀態(tài)，避免灰塵落入到外表漆面影響噴涂效果。在噴漆過程中噴涂順序為“汽車頂部-車門-車體”，完成噴涂后進行清理工作，等到車身的漆面處于干燥狀態(tài)時進行圖案清理。清理過程中避免出現(xiàn)漆膜損傷，通過教師的實時指導(dǎo)、學(xué)生的實際操作，加深學(xué)生對各項噴涂注意事項的了解，避免在未來工作崗位上出現(xiàn)操作失誤。

5 總結(jié)

VR 技術(shù)在汽車噴涂課程中的有效應(yīng)用，能夠全面提高課堂教學(xué)成效，促進教學(xué)方式改革，整合豐富的教學(xué)資源，搭建互動式實訓(xùn)平臺。常見的VR 系統(tǒng)有桌面式、沉浸式、增強式、分布式四種類型，通過模型演示和移動端仿真教學(xué)，能夠加強學(xué)生之間的互動合作，全面提高技能訓(xùn)練效果，增強學(xué)生的職業(yè)意識。VR 技術(shù)在汽車教育領(lǐng)域的有效應(yīng)用，與實踐教學(xué)要求相輔相成，能夠在提高學(xué)生參與興趣的同時，通過軟件交互設(shè)計，在虛擬化環(huán)境中引導(dǎo)學(xué)生積累豐富的實訓(xùn)經(jīng)驗。