虛擬現實技術在裝備教學中的應用

金政芝

摘 要： 文章針對飛機裝備教學的特點，介紹了虛擬現實技術的基本概念，研究了虛擬現實技術在課堂教學中的應用方式，并以《飛機虛擬維修教學訓練系統》為例，具體介紹了虛擬現實技術在裝備教學中的應用。

關鍵詞： 虛擬現實 裝備教學 教學應用

一、虛擬現實基本概念

1.虛擬現實技術

虛擬現實技術是近年來隨著計算機技術與仿真理論發展起來的一門新型學科，采用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅等感覺，使人作為參與者通過適當裝置，自然對虛擬世界進行體驗和交互作用。虛擬現實由于具有沉浸感、交互性和構想性，使其在教育領域內有巨大的應用前景。

2.虛擬現實技術所需的軟硬件條件

常用硬件：計算機、特殊的頭盔、三維立體傳感等設備。不同應用背景需要不同設備配套。常用軟件：目前大多數PC機都用Wmdows7/XP操作系統。而且微軟公司已經在Visual c++內提供了OpenG等圖形API。在PC上建立三維虛擬現實系統一般使用此圖形API。OpenGL是由SGI、Microsoft等公司共同制訂的三維圖形API。0penGL程序代碼既可以在工作站上又可以在PC上編譯運行。另外，還有MG1Photovita、Cool3D、Flash、VRML、Cult3D、Vega Prime等，它們均可在PC機或工作站上運行，使用十分方便。

二、虛擬現實技術在課堂教學中的應用

目前，大多數院校在裝備教學培訓上一般采用理論教學加實裝訓練模式。運用實裝教學，效果直接，但是受條件所限，院校往往不能配備最新裝備，而老舊裝備遠遠不能滿足教學訓練要求，導致教學效果及學員學習效率受到一定影響。將虛擬現實技術運用于裝備的教學中，可有效解決教學中存在的缺少最新實裝教學的問題，突破空間和時間的限制，可以實現逼真的裝備通電、拆裝、故障維修操作教學等。同時可在裝備維修的虛擬環境中，提高學員的維修能力和科技素質，對于增加教學效果、提高學員培養質量具有極大的促進作用。

一般來說，在裝備教學中引入虛擬現實技術，可以采用以下兩種方式。

1.虛擬仿真教學

采用虛擬現實技術對教學內容進行整體仿真，通過構建虛擬的環境，讓學員通過鍵盤和鼠標在場景范圍內的三維模型中身臨其境般地進行鳥瞰、步行、飛行等任意交互漫游，使用戶在高度仿真的模擬場景中進行技能培訓、授課、考核等工作。以飛機座艙漫游系統為例，通過三維軟件構建一個飛機座艙模型，學員可以通過鼠標和鍵盤操作，在虛擬的飛機座艙環境中查看每個開關按鈕的安裝位置、每個儀表的顯示內容等。采用這種方式既解決某些機型教學沒有實際飛機裝備，無法進行現場教學的難題，克服傳統教學模式中的弊端，又可激發學員的學習興趣，為學員提供實際操作機會，大幅度提高教學質量。

2.情景模擬教學（任務驅動式教學）

情景模擬教學系統是基于虛擬現實技術，以游戲的引擎技術為核心，融合好友成群、在線文字、語音視頻交流、仿游戲效果、人物行走等功能創設“真實的情境”，將任務驅動式教學改革思路融入虛擬環境中。學員可在這里進行知識點情景模擬任務的創建、加入等，根據所學程度選擇學習點的難度，分為初級、中級、高級。以外場維護教學為例，用戶可以選擇自己想要情景模擬的知識點任務，如創建一個任務，在此房間中等待其他用戶進入，符合開啟任務人數或者條件后就能開啟情景模擬，在任務中學生以不同身份進行角色模擬，完成當前任務大廳中業務流程，在任務中通過情景模擬方式讓學員處理問題，最后在任務完成之后針對每個人的表現進行評分。

三、教學應用案例

下面以《飛機虛擬維修教學訓練系統》為例，具體介紹虛擬現實技術在裝備教學中的應用。

該系統以飛機裝備維修訓練為研究對象，涵蓋機械、特設、軍械和電子四個專業，包括設備原理、模擬操作、虛擬維修、虛擬拆裝、測試考核、故障資料、虛擬展示和軟件導航八個模塊，主要功能如下：

1.替代實裝訓練對受訓人員進行維修訓練教學培訓，其操作流程、操作方法和步驟符合飛機維護規程要求。

2.采用計算機多媒體、三維建模及虛擬現實技術，界面美觀大方，人機交互性好。

3.可對裝備進行模擬維修和虛擬拆裝操作。

4.可對操作訓練成績進行客觀評定分析，并進行理論和操作考核。

5.可進行故障設置、故障識別、故障定位和故障維修，并及時更新故障和維修數據，杜絕維修差錯，確保飛機無故障上天。

6.具有可視化的原理教學、資料查詢功能。

整個系統包含硬件系統和仿真軟件系統兩個部分。硬件系統由顯示裝置和中央處理機兩部分組成。顯示裝置：三個液晶顯示器，其中主顯示器用于顯示軟件主界面，另兩個顯示器在兩側，模擬飛機座艙左右兩個操作臺。中央處理機：用于數據處理。軟件系統以Windows XP操作系統為搭載平臺，采用Multigen Creator構建模型數據庫，CTS（Creator Terrain Studio）構建維修訓練場景，選用Vega Prime生成和渲染三維場景，并利用Visual C++ 6.0開發程序流程和程序界面，實現仿真軟件。

根據系統的功能要求，仿真軟件是一個基于三屏的虛擬維修訓練系統。整個程序在基于對話框的框架上開發。根據模塊化編程思想，為每個部分建立一個類，在主界面上與各類相關聯。

系統運行過程為：運行程序，進入主界面后，可進行功能選擇，假設選擇模擬訓練模塊，進入模擬訓練后，可選擇相應的菜單進行訓練，受訓者應該在正確時刻和恰當的時機，用鼠標操作進行相應操作。訓練完畢，系統將根據受訓者的操作情況，對受訓者進行評估和打分。

四、結語

虛擬現實技術的多學科融合式特點，使得將其運用于裝備教學的研究有助于解決目前院校普遍存在的實驗經費緊張、實驗設備不足、型號落后等問題，并將對提高教育技術水平、增強課堂教學互動效果、優化裝備教學過程，培養具有創新意識和創新能力的航空機務維護人才產生深遠的影響。

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