金政芝

摘 要： 文章針對(duì)飛機(jī)裝備教學(xué)的特點(diǎn)，介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念，研究了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用方式，并以《飛機(jī)虛擬維修教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)》為例，具體介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在裝備教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí) 裝備教學(xué) 教學(xué)應(yīng)用

一、虛擬現(xiàn)實(shí)基本概念

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真理論發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型學(xué)科，采用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽(tīng)、嗅等感覺(jué)，使人作為參與者通過(guò)適當(dāng)裝置，自然對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。虛擬現(xiàn)實(shí)由于具有沉浸感、交互性和構(gòu)想性，使其在教育領(lǐng)域內(nèi)有巨大的應(yīng)用前景。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所需的軟硬件條件

常用硬件：計(jì)算機(jī)、特殊的頭盔、三維立體傳感等設(shè)備。不同應(yīng)用背景需要不同設(shè)備配套。常用軟件：目前大多數(shù)PC機(jī)都用Wmdows7/XP操作系統(tǒng)。而且微軟公司已經(jīng)在Visual c++內(nèi)提供了OpenG等圖形API。在PC上建立三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)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(yùn)行。另外，還有MG1Photovita、Cool3D、Flash、VRML、Cult3D、Vega Prime等，它們均可在PC機(jī)或工作站上運(yùn)行，使用十分方便。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

目前，大多數(shù)院校在裝備教學(xué)培訓(xùn)上一般采用理論教學(xué)加實(shí)裝訓(xùn)練模式。運(yùn)用實(shí)裝教學(xué)，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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足教學(xué)訓(xùn)練要求，導(dǎo)致教學(xué)效果及學(xué)員學(xué)習(xí)效率受到一定影響。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于裝備的教學(xué)中，可有效解決教學(xué)中存在的缺少最新實(shí)裝教學(xué)的問(wèn)題，突破空間和時(shí)間的限制，可以實(shí)現(xiàn)逼真的裝備通電、拆裝、故障維修操作教學(xué)等。同時(shí)可在裝備維修的虛擬環(huán)境中，提高學(xué)員的維修能力和科技素質(zhì)，對(duì)于增加教學(xué)效果、提高學(xué)員培養(yǎng)質(zhì)量具有極大的促進(jìn)作用。

一般來(lái)說(shuō)，在裝備教學(xué)中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以采用以下兩種方式。

1.虛擬仿真教學(xué)

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體仿真，通過(guò)構(gòu)建虛擬的環(huán)境，讓學(xué)員通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在場(chǎng)景范圍內(nèi)的三維模型中身臨其境般地進(jìn)行鳥(niǎo)瞰、步行、飛行等任意交互漫游，使用戶(hù)在高度仿真的模擬場(chǎng)景中進(jìn)行技能培訓(xùn)、授課、考核等工作。以飛機(jī)座艙漫游系統(tǒng)為例，通過(guò)三維軟件構(gòu)建一個(gè)飛機(jī)座艙模型，學(xué)員可以通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)操作，在虛擬的飛機(jī)座艙環(huán)境中查看每個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕的安裝位置、每個(gè)儀表的顯示內(nèi)容等。采用這種方式既解決某些機(jī)型教學(xué)沒(méi)有實(shí)際飛機(jī)裝備，無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的難題，克服傳統(tǒng)教學(xué)模式中的弊端，又可激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)員提供實(shí)際操作機(jī)會(huì)，大幅度提高教學(xué)質(zhì)量。

2.情景模擬教學(xué)（任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)）

情景模擬教學(xué)系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以游戲的引擎技術(shù)為核心，融合好友成群、在線文字、語(yǔ)音視頻交流、仿游戲效果、人物行走等功能創(chuàng)設(shè)“真實(shí)的情境”，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革思路融入虛擬環(huán)境中。學(xué)員可在這里進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)情景模擬任務(wù)的創(chuàng)建、加入等，根據(jù)所學(xué)程度選擇學(xué)習(xí)點(diǎn)的難度，分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。以外場(chǎng)維護(hù)教學(xué)為例，用戶(hù)可以選擇自己想要情景模擬的知識(shí)點(diǎn)任務(wù)，如創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，在此房間中等待其他用戶(hù)進(jìn)入，符合開(kāi)啟任務(wù)人數(shù)或者條件后就能開(kāi)啟情景模擬，在任務(wù)中學(xué)生以不同身份進(jìn)行角色模擬，完成當(dāng)前任務(wù)大廳中業(yè)務(wù)流程，在任務(wù)中通過(guò)情景模擬方式讓學(xué)員處理問(wèn)題，最后在任務(wù)完成之后針對(duì)每個(gè)人的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分。

三、教學(xué)應(yīng)用案例

下面以《飛機(jī)虛擬維修教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)》為例，具體介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在裝備教學(xué)中的應(yīng)用。

該系統(tǒng)以飛機(jī)裝備維修訓(xùn)練為研究對(duì)象，涵蓋機(jī)械、特設(shè)、軍械和電子四個(gè)專(zhuān)業(yè)，包括設(shè)備原理、模擬操作、虛擬維修、虛擬拆裝、測(cè)試考核、故障資料、虛擬展示和軟件導(dǎo)航八個(gè)模塊，主要功能如下：

1.替代實(shí)裝訓(xùn)練對(duì)受訓(xùn)人員進(jìn)行維修訓(xùn)練教學(xué)培訓(xùn)，其操作流程、操作方法和步驟符合飛機(jī)維護(hù)規(guī)程要求。

2.采用計(jì)算機(jī)多媒體、三維建模及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，界面美觀大方，人機(jī)交互性好。

3.可對(duì)裝備進(jìn)行模擬維修和虛擬拆裝操作。

4.可對(duì)操作訓(xùn)練成績(jī)進(jìn)行客觀評(píng)定分析，并進(jìn)行理論和操作考核。

5.可進(jìn)行故障設(shè)置、故障識(shí)別、故障定位和故障維修，并及時(shí)更新故障和維修數(shù)據(jù)，杜絕維修差錯(cuò)，確保飛機(jī)無(wú)故障上天。

6.具有可視化的原理教學(xué)、資料查詢(xún)功能。

整個(gè)系統(tǒng)包含硬件系統(tǒng)和仿真軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分。硬件系統(tǒng)由顯示裝置和中央處理機(jī)兩部分組成。顯示裝置：三個(gè)液晶顯示器，其中主顯示器用于顯示軟件主界面，另兩個(gè)顯示器在兩側(cè)，模擬飛機(jī)座艙左右兩個(gè)操作臺(tái)。中央處理機(jī)：用于數(shù)據(jù)處理。軟件系統(tǒng)以Windows XP操作系統(tǒng)為搭載平臺(tái)，采用Multigen Creator構(gòu)建模型數(shù)據(jù)庫(kù)，CTS（Creator Terrain Studio）構(gòu)建維修訓(xùn)練場(chǎng)景，選用Vega Prime生成和渲染三維場(chǎng)景，并利用Visual C++ 6.0開(kāi)發(fā)程序流程和程序界面，實(shí)現(xiàn)仿真軟件。

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，仿真軟件是一個(gè)基于三屏的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)。整個(gè)程序在基于對(duì)話(huà)框的框架上開(kāi)發(fā)。根據(jù)模塊化編程思想，為每個(gè)部分建立一個(gè)類(lèi)，在主界面上與各類(lèi)相關(guān)聯(lián)。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程為：運(yùn)行程序，進(jìn)入主界面后，可進(jìn)行功能選擇，假設(shè)選擇模擬訓(xùn)練模塊，進(jìn)入模擬訓(xùn)練后，可選擇相應(yīng)的菜單進(jìn)行訓(xùn)練，受訓(xùn)者應(yīng)該在正確時(shí)刻和恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，用鼠標(biāo)操作進(jìn)行相應(yīng)操作。訓(xùn)練完畢，系統(tǒng)將根據(jù)受訓(xùn)者的操作情況，對(duì)受訓(xùn)者進(jìn)行評(píng)估和打分。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多學(xué)科融合式特點(diǎn)，使得將其運(yùn)用于裝備教學(xué)的研究有助于解決目前院校普遍存在的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊張、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、型號(hào)落后等問(wèn)題，并將對(duì)提高教育技術(shù)水平、增強(qiáng)課堂教學(xué)互動(dòng)效果、優(yōu)化裝備教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的航空機(jī)務(wù)維護(hù)人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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