VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用

張威

摘要：如今，新能源汽車的發(fā)展非常迅猛。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)崛起的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。基于此，本文首先分析了VR技術(shù)，隨后從三個(gè)方面分析了VR技術(shù)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用，以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);新能源汽車;教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0236-02

0? 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2016以年，國(guó)內(nèi)新能源汽車產(chǎn)量超過一百萬輛，連續(xù)兩年居世界第一。由于目前中國(guó)新能源汽車的普及率還不到百分之三，因此在下一個(gè)發(fā)展階段仍有很大的提升空間。根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2021年，中國(guó)新能源汽車的銷量將超過三百萬輛，并且未來的年增長(zhǎng)率還將有所提高，將超過百分之四十五。在新能源汽車技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，我國(guó)政府還出臺(tái)了相關(guān)的制度來幫助改善新能源汽車發(fā)展面臨的各種不足。

1? VR技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

VR是虛擬現(xiàn)實(shí)的英文縮寫，是20世紀(jì)后期出現(xiàn)的一種新型的綜合信息技術(shù)，這種技術(shù)可以為用戶創(chuàng)建一個(gè)虛擬的接近真實(shí)的環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門基于多種信息技術(shù)學(xué)科的交叉學(xué)科，例如數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等，它是一種計(jì)算機(jī)生成的高科技虛擬仿真系統(tǒng)。

這種技術(shù)最早創(chuàng)造于美國(guó)，早先都是用于美軍的軍事訓(xùn)練之中。隨后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸開始出現(xiàn)在人們的視野中。隨著21世紀(jì)的到來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開始滲透到生活的各個(gè)領(lǐng)域。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到其他行業(yè)之中，比如醫(yī)療以及游戲行業(yè)等，并且在行業(yè)中的應(yīng)用效果非常好，該行業(yè)已被廣泛使用[1]。許多年輕人第一次聽說或接觸到VR技術(shù)，都是因?yàn)橛螒颍@也是因?yàn)閲?guó)內(nèi)外許多大型游戲公司都在積極開發(fā)大多數(shù)年輕人喜歡的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。

1.2 VR應(yīng)用開發(fā)軟件

Photoshop在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中是非常重要的軟件，它的主要功能應(yīng)用是處理數(shù)字圖形和圖像。這個(gè)軟件具有優(yōu)秀的圖像處理功能，并可以在圖像處理中實(shí)現(xiàn)剪切、壓縮、色彩校正等功能。我們參與的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目在初步準(zhǔn)備階段需要大量數(shù)據(jù)收集，包括對(duì)汽車的整個(gè)結(jié)構(gòu)和所有部件進(jìn)行拍攝，汽車培訓(xùn)車間以及使用專用工具進(jìn)行汽車拆裝。拍照后，可能會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題，例如圖像清晰度不足，曝光不足以及構(gòu)圖不正確。使用Photoshop修復(fù)，縮小或裁剪問題圖像。第二個(gè)Photoshop軟件也是模型映射的重要工具。所謂的模型映射是指用顏色和紋理覆蓋3D模型的表面，以滿足模型材料的表面要求。在整個(gè)開發(fā)過程中都有幾個(gè)消息框[2]。換句話說，此處討論的GUI（圖形用戶界面）布局也必須在Photoshop中進(jìn)行渲染。

2? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新能源汽車教學(xué)中的應(yīng)用

在國(guó)內(nèi)外的整體發(fā)展研究中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被應(yīng)用到許多領(lǐng)域，例如游戲和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，但很少用于教育和教育。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們必須創(chuàng)新地將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與新能源汽車的專業(yè)培訓(xùn)相結(jié)合，并創(chuàng)造性地提出一種新的教育模式，即“理論，虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合”，并設(shè)計(jì)開發(fā)一套“新能源汽車VR教學(xué)系統(tǒng)”（如表1所示）。

2.1 新能源汽車教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用

新能源汽車虛擬現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)主要有四個(gè)方面：新能源汽車結(jié)構(gòu)識(shí)別，新能源汽車運(yùn)行原理，新能源汽車性能測(cè)試，新能源汽車技術(shù)教育。每個(gè)項(xiàng)目都與新能源汽車的基本流程密切相關(guān)。新能源汽車結(jié)構(gòu)識(shí)別項(xiàng)目主要通過分解視圖解決結(jié)構(gòu)，核心零件和汽車零件的認(rèn)知問題。用戶可以通過面向行動(dòng)的教育系統(tǒng)交互式地識(shí)別觀察對(duì)象。指導(dǎo)學(xué)生制定計(jì)劃以了解純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，適當(dāng)使用個(gè)人防護(hù)設(shè)備和新能源汽車工作場(chǎng)所，并學(xué)習(xí)新能源汽車應(yīng)對(duì)電擊和火災(zāi)的能力[3]。

新能源汽車的工作原理項(xiàng)目主要是展示新能源汽車的各個(gè)系統(tǒng)或各個(gè)組件的工作原理，例如：減速時(shí)的能量流，可以360度觀看工作原理的演示。新能源汽車性能測(cè)試主要用于在各種工作條件下測(cè)試新能源汽車的工作性能。學(xué)生通過教學(xué)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)車輛互動(dòng)，并通過諸如：發(fā)動(dòng)機(jī)超速實(shí)驗(yàn)之類的實(shí)驗(yàn)來演示車輛的性能，新能源汽車技能培訓(xùn)項(xiàng)目主要使用該教學(xué)系統(tǒng)。使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行零件拆卸、組裝、零件更換、維護(hù)和檢查的交互式組裝和操作培訓(xùn)。

技能訓(xùn)練包括以下模式：一是訓(xùn)練模式，二是自由導(dǎo)航模式，三是評(píng)估模式。在培訓(xùn)模式下，學(xué)生將根據(jù)機(jī)器人的指示在虛擬培訓(xùn)環(huán)境中重復(fù)進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，并遵循標(biāo)準(zhǔn)操作程序。作業(yè)出錯(cuò)時(shí)，機(jī)器人會(huì)迅速記住并糾正錯(cuò)誤的作業(yè)。技術(shù)培訓(xùn)主要包括純電動(dòng)汽車電池和電池管理系統(tǒng)的拆卸和檢查，純電動(dòng)汽車電機(jī)和變速箱系統(tǒng)的拆卸和檢查。在評(píng)估模式下，學(xué)生可以在真實(shí)環(huán)境中輕松操作新能源汽車的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。評(píng)估過程實(shí)際上是在虛擬教育環(huán)境中重現(xiàn)準(zhǔn)確和標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序。可以在虛擬培訓(xùn)環(huán)境中執(zhí)行操作程序和最終評(píng)估結(jié)果。方便存儲(chǔ)、處理和重復(fù)循環(huán)播放。

2.2 VR教學(xué)方式

計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)，計(jì)算機(jī)模擬的教學(xué)主要涉及使用軟件和人機(jī)對(duì)話來虛擬化學(xué)習(xí)對(duì)象的狀態(tài)和操作，這些對(duì)象主要以音頻、文本、圖像和視頻的形式顯示。在教學(xué)過程中，主要目的是通過專業(yè)的工程案例，以音頻、文本、圖片和圖像的形式為學(xué)生建立虛擬的教學(xué)環(huán)境，學(xué)生將在這種情況下進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)。另外，可以使用計(jì)算機(jī)虛擬化來制造肉眼無法識(shí)別到的微小顆粒[4]。

虛擬互動(dòng)學(xué)習(xí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)中的交互式虛擬學(xué)習(xí)目標(biāo)。生動(dòng)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景使學(xué)生能夠在虛擬世界中獨(dú)立探索和學(xué)習(xí)，這不僅為他們提供了無限的想象空間，而且他們的思維也不會(huì)受到外界因素的限制。在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中與不同的人在一起。互動(dòng)交流不僅豐富了學(xué)習(xí)資源，而且豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2.3 新能源汽車虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用策略

新能源汽車具有高壓系統(tǒng)，由于不正常的操作，很可能會(huì)導(dǎo)致觸電，從而造成人身傷害甚至死亡。新能源汽車虛擬現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)可以無限制地模擬和再現(xiàn)虛擬空間中高壓的真實(shí)價(jià)值，并且學(xué)生可以根據(jù)需要在不同的虛擬環(huán)境下進(jìn)行操作，可以指導(dǎo)學(xué)生按照其職位的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行操作，并可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作以防止傷害和死亡[5]。

在工作流程和控制策略方面，新能源汽車系統(tǒng)相交傳統(tǒng)汽車更加復(fù)雜抽象。使用常規(guī)的教學(xué)方法，學(xué)生無法更快，更清楚地理解這些知識(shí)。新能源汽車的虛擬現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)使學(xué)生能夠在虛擬教育環(huán)境中更實(shí)際地觀察各種工作條件下各種系統(tǒng)的工作過程和控制原理。

在評(píng)估模式下，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)選擇評(píng)估問題，教師可以實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生的操作行為。這樣，可以評(píng)估學(xué)生的熟練程度，并且系統(tǒng)可以根據(jù)任務(wù)的準(zhǔn)確性和速度向?qū)W生發(fā)出警報(bào)，并通過提醒他們?nèi)蝿?wù)中的異常情況對(duì)他們進(jìn)行評(píng)分。

培訓(xùn)設(shè)備是新能源車學(xué)習(xí)必不可少的硬件設(shè)備。各種專業(yè)培訓(xùn)的進(jìn)行應(yīng)在專業(yè)培訓(xùn)場(chǎng)所進(jìn)行。隨著國(guó)家職業(yè)教育改革的不斷深化，高職院校培訓(xùn)教育中心的建設(shè)和投入也在增加。但是，對(duì)于新能源汽車教學(xué)培訓(xùn)來說，這是非常具有專業(yè)性的工作，因此有必要購(gòu)買大量的專業(yè)培訓(xùn)設(shè)備并建立標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)場(chǎng)所，同時(shí)需要持續(xù)的資金投入來維護(hù)教育培訓(xùn)設(shè)備。做吧顯然，這些增加了職業(yè)學(xué)院的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)教育系統(tǒng)可以通過創(chuàng)建幾乎與真實(shí)環(huán)境沒有區(qū)別的虛擬工作區(qū)來解決這兩個(gè)問題。通過計(jì)算機(jī)建模和仿真創(chuàng)建了虛擬培訓(xùn)講習(xí)班和專門的培訓(xùn)設(shè)備，因此不需要維護(hù)。其他要求可以通過計(jì)算機(jī)直接修改或添加。學(xué)生可以隨時(shí)隨地使用該系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，從而消除了時(shí)間和空間的限制，節(jié)省了大量時(shí)間，并大大降低了培訓(xùn)成本[6]。

與傳統(tǒng)上繁瑣的實(shí)踐培訓(xùn)相比，這種教育系統(tǒng)更加靈活多樣，可以根據(jù)不同的需求來設(shè)置不同的教學(xué)環(huán)境，從而可以更有效地促進(jìn)知識(shí)表達(dá)，并建立良好的學(xué)習(xí)環(huán)境場(chǎng)景。對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，特別是在疫情常態(tài)化防控背景下的學(xué)習(xí)體驗(yàn)具有重要的意義，學(xué)生可以沉浸在其中，真正地實(shí)現(xiàn)“邊工作邊學(xué)習(xí)”的高效模式，提高學(xué)習(xí)內(nèi)容的觸及感、形象性和生動(dòng)性，使教育和教學(xué)過程變得更加有趣，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3? 新能源汽車VR教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

新能源汽車指的是電力汽車。電力汽車一般都會(huì)配備高壓系統(tǒng)。此外，新能源汽車VR教育系統(tǒng)在教學(xué)當(dāng)中受到的限制比較少，不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生都可以在VR教學(xué)系統(tǒng)當(dāng)中去完成模擬訓(xùn)練，這對(duì)于學(xué)生后期的職場(chǎng)工作有著重要的作用。在此之前，中職院校的學(xué)生只能通過想象、企校合作等其他方式去獲取訓(xùn)練機(jī)會(huì)，并且常規(guī)的訓(xùn)練方式對(duì)于學(xué)生的操作和能力有很大的要求，學(xué)生很難在課堂上去學(xué)習(xí)到更多的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)。VR是通過信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)所呈現(xiàn)出的一種比較逼真的5D場(chǎng)景，這種技術(shù)還可以從根本上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生提高一個(gè)獨(dú)立的學(xué)習(xí)空間。除此之外，教師還可以通過VR教學(xué)系統(tǒng)去實(shí)施檢測(cè)學(xué)生的操作步驟，如果學(xué)生操作有誤那么系統(tǒng)會(huì)直接提醒，方便教師的引導(dǎo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。培訓(xùn)車間是新能源汽車專業(yè)的必備硬件，因此職業(yè)學(xué)院必須安排培訓(xùn)場(chǎng)所。同時(shí)，隨著新能源汽車行業(yè)對(duì)培訓(xùn)班的要求越來越高，資金投入也在增加。因此，近年來，越來越多的職業(yè)使用VR教育系統(tǒng)來創(chuàng)建真實(shí)的教育環(huán)境。

4? 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用在新能源汽車教育，極大地提高了教育的專業(yè)性與信息化程度，促進(jìn)了職業(yè)教育模式的新一輪改革，拓寬了新能源汽車教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度。通過引入專業(yè)化的教學(xué)方式，可以增加學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，可以提高學(xué)生的專業(yè)技能和專業(yè)素質(zhì)，優(yōu)化評(píng)估方法，并降低培訓(xùn)的設(shè)備成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。我們相信，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，將使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在新能源汽車教育和教學(xué)中的應(yīng)用越來越豐富和完整。

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