VR虛擬現實技術在推土機駕駛教學中的應用

吳波

【摘? 要】本文介紹了VR虛擬現實技術的特點，通過分析VR虛擬現實技術在推土機駕駛教學中應用情況，了解了VR虛擬現實技術對機械工程教學的有效性，可有效縮短工程裝備操作人員的培訓周期，大大提高了操作人員的技術水平，可見VR虛擬現實技術在機械工程教學實訓中應用前景比較廣闊。

【關鍵詞】虛擬現實技術;推土機;駕駛教學

0引言

在1980年，美國VPL公司創造人拉尼爾提出“虛擬現實”的概念，之后VR技術引起國內外相關人士的關注。VR技術包括了計算機圖形、人工智能等內容，在軍事、工業與教育領域已取得應用，并且成果突出。在我國，教育部門在2017年打造并共享了虛擬仿真實驗教學平臺，計劃建設相關的教學項目。目前，在推土機類工程實訓教學中主要采用傳統模式，學員在實訓中不能掌握相關的內容，由此延長了學員的實訓時間。近幾年，隨著計算機技術與仿真技術的發展，VR技術在機械工程教學訓練中引入，如何解決該技術在教學訓練中有效應用問題，便成為當前亟需解決的問題。

1虛擬現實技術特點

所謂虛擬現實技術就是VR技術，它是借助計算機的功能，將現實世界在虛擬環境下再現。它其集合了仿真技術、傳感技術等內容，具備了“3I”特性，具體為沉浸性、交互性及構想性。其中，沉浸性是主要特征，可以使學員沉浸在虛擬世界，并能夠參與其中的各種活動。學員沉浸的過程中，可發揮自身的主觀能動性，與虛擬環境共鳴，并成為其中的一部分，而不是被動接受教學;交互性起到幫助的作用，可以讓學員與虛擬環境中的對象實現交互。比如，在實訓教學中，可通過傳感器對虛擬環境中的推土機設備零部件進行拆裝，讓學員真正感知到零部件的存在;構想性可給用戶提供廣闊的想象空間，將構建的虛擬場景與虛擬設備用于學生的實踐過程中，可讓學員隨意構想不存在的空間，甚至在現實中不可能存在的，以此激發學生的學習興趣。

2虛擬現實技術在推土機駕駛教學中應用

對于推土機駕駛教學，受傳統教學模式的影響，在實訓過程中會受到場地、安全等問題限制，讓學員對推土機操作難以形成系統性的認識，這就需要借助虛擬現實技術，充分發揮其特點，將構建的虛擬場景與虛擬設備用于學生的實踐過程中，具體的應用內容如下：

2.1理論教材與VR設備結合

在過去，對推土機駕駛教學多以書本為主，教練在講解時主要以灌輸式為主，由于駕駛內容比較抽象，學員難以理解其中的含義，由此大大降低了學員學習的興趣與質量。隨著科學技術的發展，虛擬現實技術在教學中被引入，通過將VR技術與課本結合，把課本知識中關于推土機的關鍵設備與相關操作動作原理進行虛擬模擬，教員將以動畫的VR方式展示給學生。在平時教學過程中，教員可利用VR技術，將現有的PPT等多媒體課件進行改造，實現文字到圖形圖像的轉換，單向到交互的轉換及靜態到動態的轉換。教員通過運用仿真教學資源，學員在實際實訓學習過程中可以迅速掌握要點，提升自己的操作水平，相應的教學訓練效果得到提升。例如，在現有的場地與推土機設備下，為了滿足每個學員可以進行駕駛操作，教員可利用VR技術，將現有的PPT等多媒體課件進行改造，通過模擬推土機場地、操作設備等內容，讓學員在一個很好的駕駛氛圍中學習，進而大大提高駕駛水平。

2.2虛擬仿真實驗與工程實踐結合

在推土機駕駛教學中，除了理論性知識，特別重視的是學員的實際操作情況。由于在現實的實訓教學中推土機駕駛場地有限，在實際操作中存在高危險、高成本等特點，導致學員實訓操作少、時間短，不能及時掌握相關操作要領。虛擬現實技術的引入，通過虛擬環境中模型，將實訓場景與相關設備進行模擬，根據實訓設計要求過程，指導學員對設備原理、結構及操作過程等知識進行學習掌握。例如，教員在指導學員怎么駕駛好推土機時，可在這個過程中，對推土機實際操作環節進行實驗模擬，在每個環節中注重推土機操作設備的原理、基本功能等知識介紹，將構建的虛擬場景與虛擬設備用于學生的實踐過程中，這樣每一個學員不進可以在實際操作中可得心應手，還滿足了教員的教學需求，大大減少了實訓時間。

2.3虛擬仿真理論與實踐教學體系

在推土機駕駛實訓教學中，由于各種因素的限制，許多實訓無法深入到機械內部。比如，機械裝調與維修的實訓課程，傳統的教學方式，學員雖然能掌握相關的內容，但在機子發生故障時，并不能解決實質性的問題。通過虛擬技術的使用，發揮交互性與沉浸性的特點，可將相關的實訓課程進行虛擬轉換，讓學生可以針對現實中的問題進行觀察與體驗，將構建的虛擬場景與虛擬設備有效結合，在實訓過程中學生可以發揮自身的想象力，對相關的問題引發思考。教員根據學生的問題，設置相關的實踐內容，學生在虛擬環境中完成推土機的實訓操作，迅速掌握推土機的操作步驟與操作要領，減少實訓時間，提高教員的教學效果。

結束語

綜上所述，本文通過對VR虛擬現實技術在推土機駕駛教學中應用淺析，了解了擬現實技術具有沉浸性、交互性及構想性的特點，在推土機駕駛教學中引用虛擬現實技術，可提高學員的技術水平，有效縮短了教員的駕駛訓練周期，由此可知虛擬現實技術在機械工程教學實訓中應用前景廣闊。

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（作者單位：山推工程機械股份有限公司）