李哲倫

摘要：本文以VR技術(shù)在高職院校無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用為研究核心，以上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院航模社教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)VR技術(shù)在該類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了論述;對(duì)VR技術(shù)在無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)中的教學(xué)方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，為其他院校開(kāi)展同類(lèi)實(shí)訓(xùn)提供參考。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn);仿真環(huán)境

一、無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)現(xiàn)狀

無(wú)人機(jī)飛行操控實(shí)訓(xùn)是無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，該課程的訓(xùn)練效果是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程如：無(wú)人機(jī)航測(cè)實(shí)訓(xùn)、無(wú)人機(jī)植保實(shí)訓(xùn)的必備保障。無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)在實(shí)際訓(xùn)練過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題：①受天氣影響較大：外場(chǎng)訓(xùn)練一旦遇到大風(fēng)天、雨雪天，實(shí)訓(xùn)難度增大甚至無(wú)法開(kāi)展;②場(chǎng)地受限：以我院為例，學(xué)院緊鄰浦東機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)，訓(xùn)練的高度和范圍均受限;③安全問(wèn)題：訓(xùn)練機(jī)基本為Ⅲ類(lèi)或者Ⅳ類(lèi)無(wú)人機(jī)，重量大、速度快，倘若初次參訓(xùn)學(xué)生手生失控，會(huì)有較大安全隱患。除此之外，還有訓(xùn)練強(qiáng)度不高、教員看管困難等其他問(wèn)題。

二、VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用情況

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality-VR）技術(shù)，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生電子信號(hào)，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合，創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)虛擬世界體驗(yàn)的仿真技術(shù)，生成出模擬環(huán)境，并使用戶(hù)沉浸其中。VR技術(shù)是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一種新形式，跟傳統(tǒng)的仿真技術(shù)相比，VR技術(shù)的沉浸感更強(qiáng)烈，仿真效果更真實(shí)。在國(guó)際上，該技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用在影視、游戲等娛樂(lè)領(lǐng)域，更被運(yùn)用到制造、教育、文化、健康、商貿(mào)等各個(gè)行業(yè)，成為人們工作中必不可少的生產(chǎn)力。在教育行業(yè)，已有不少學(xué)校開(kāi)始嘗試將VR技術(shù)應(yīng)用在航空機(jī)電設(shè)備維修實(shí)訓(xùn)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)等課程中。

三、VR技術(shù)在無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)中的教學(xué)設(shè)計(jì)

本文以學(xué)院航模社為樣本，將二十名社員分為A、B兩組，每組選取一名組長(zhǎng)及三名助手開(kāi)展無(wú)人機(jī)操控訓(xùn)練，A組采用VR模式，B組采用傳統(tǒng)模式作為對(duì)照組。

3.1安全教育與應(yīng)急處置

實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，安全永遠(yuǎn)是第一位的。VR無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)作為教學(xué)上的探索，更應(yīng)該把安全教育融入到課程中去。每天、每節(jié)實(shí)訓(xùn)都將通過(guò)VR短片向同學(xué)們講解安全注意事項(xiàng)和應(yīng)急處置方法，以及相關(guān)警示案例。

3.2實(shí)訓(xùn)任務(wù)布置

第一組全程通過(guò)VR授課形式進(jìn)行訓(xùn)練，第二組以傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)授課形式進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)訓(xùn)結(jié)束后采用相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核，比較兩種模式下學(xué)生技能掌握的情況。

3.3實(shí)訓(xùn)過(guò)程

實(shí)訓(xùn)中嚴(yán)格按照授課計(jì)劃開(kāi)展教學(xué);學(xué)生嚴(yán)格按照教師要求進(jìn)行訓(xùn)練，遵循循序漸進(jìn)，先易后難的原則依次訓(xùn)練，嚴(yán)禁違規(guī)操作[1]。

3.4課后檢查

實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，按照民航工作標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器材進(jìn)行檢查;每組由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)，分工開(kāi)展整理、收納，并對(duì)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地按照“6S”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清理。

3.5教師考核與小組對(duì)比分析

實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，采用相同的考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考核，評(píng)判實(shí)訓(xùn)效果并分析其異同。

四、VR仿真無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)現(xiàn)

4.1VR無(wú)人機(jī)操控環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

本文采用Pacelab WEAVR軟件環(huán)境，搭配HP圖形工作站及Oculus Quest2組成的硬件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)VR教學(xué)。VR無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)室包括以下三個(gè)主要組成部分：

①VR虛擬現(xiàn)實(shí)教室：該教室配備沉浸式的以及非沉浸式的虛擬培訓(xùn)設(shè)備，可供學(xué)生進(jìn)行虛

擬訓(xùn)練;

②Pacelab WEAVR實(shí)驗(yàn)室：使用Pacelab WEAVR編輯器進(jìn)行虛擬培訓(xùn)內(nèi)容創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)室;

③Pacelab WEAVR服務(wù)器：是一個(gè)基于Web的模塊，用于收集和分發(fā)使用Pacelab WEAVR軟件創(chuàng)建的VR內(nèi)容，并且支持多人協(xié)作;允許更多方用戶(hù)共享相同的視圖（沉浸式）并交換信息。

教師在STEAM平臺(tái)上學(xué)習(xí)Unity 3D仿真環(huán)境的搭建，以及WYSWYG制作工具使用，基于軟件提供的向?qū)Ш蛶?kù)，創(chuàng)建由虛擬和混合現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)的程序內(nèi)容。

4.2VR無(wú)人機(jī)操控訓(xùn)練方案

教學(xué)對(duì)象為無(wú)人機(jī)操控初學(xué)者，筆者參考《無(wú)線電遙控模型飛機(jī)戴氏教學(xué)法——基礎(chǔ)飛行訓(xùn)練》來(lái)編輯訓(xùn)練項(xiàng)目，依次為：（1）地面教學(xué)（2）飛行教學(xué)（3）起飛程序（4）飛機(jī)的調(diào)校（5）著陸準(zhǔn)備（6）著陸組織（7）著陸（8）單飛。其中的主體為飛行教學(xué)，根據(jù)多旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)，細(xì)化為八個(gè)步驟：

（1）定高移動(dòng)訓(xùn)練;（2）方向控制訓(xùn)練;（3）對(duì)尾懸停訓(xùn)練;（4）八方位懸停訓(xùn)練;（5）360°自旋懸停訓(xùn)練;（6）矩形航線訓(xùn)練;（7）梅花航線訓(xùn)練;（8）勻速水平八字航線訓(xùn)練

以上飛行訓(xùn)練可通過(guò)限制每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間和精確度來(lái)提高練習(xí)的強(qiáng)度與難度。在完成前述練習(xí)后，結(jié)合前進(jìn)、后退、向左平移、向右平移、上升、下降及旋轉(zhuǎn)共七種基本操作，進(jìn)行兩兩隨機(jī)組合，產(chǎn)生諸如前進(jìn)上升、平移上升、螺旋下降等多種飛行組合[2]，開(kāi)展進(jìn)階訓(xùn)練，保證練習(xí)的延續(xù)性。

五、VR技術(shù)應(yīng)用在無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)中的效果分析

相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)，VR仿真訓(xùn)練的手感和體驗(yàn)仍有差距，但VR技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)確保了惡劣天氣下的持續(xù)訓(xùn)練，并且可以通過(guò)增加工位等方法提高效率;在師生比不變的情況下，大幅提高單位學(xué)生的訓(xùn)練時(shí)間。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)的一些問(wèn)題：

（1）教師控場(chǎng)能力[3]

VR技術(shù)的沉浸感能夠有效提升實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)，但容易讓學(xué)生沉迷其中，這對(duì)教師的控場(chǎng)能力提出了更高的要求。教師需要在虛擬仿真教學(xué)中加入溝通與交流環(huán)節(jié)，隨時(shí)接收學(xué)生的反饋，適時(shí)通過(guò)軟件的第三視角功能查看學(xué)生的練習(xí)狀況及進(jìn)度，及時(shí)指導(dǎo)與提示，強(qiáng)化對(duì)仿真實(shí)訓(xùn)過(guò)程的把控，確保無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)的效果與質(zhì)量。

（2）正確認(rèn)識(shí)虛擬與現(xiàn)實(shí)的關(guān)系

VR技術(shù)能讓學(xué)生身臨其境地感受訓(xùn)練場(chǎng)地、項(xiàng)目，并且?guī)熒梢詫?shí)時(shí)交互，但虛擬與現(xiàn)實(shí)終究還是有差異的。VR技術(shù)只是一種輔助教學(xué)的手段，實(shí)訓(xùn)效果的決定性因素仍是教師的教學(xué)方法以及學(xué)生的訓(xùn)練強(qiáng)度。

（3）健康監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)時(shí)間的VR訓(xùn)練不可避免地將對(duì)眼睛造成壓力，因此VR仿真實(shí)訓(xùn)在設(shè)計(jì)和實(shí)施的過(guò)程中，一定要注意虛實(shí)結(jié)合，科學(xué)合理地分配時(shí)間，穿插理論指導(dǎo)和演示，確保學(xué)生的身心健康。

六、結(jié)語(yǔ)

VR作為一個(gè)新興技術(shù)，已被運(yùn)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域，對(duì)于教育行業(yè)，它的使用和推廣也是必然?；赩R技術(shù)的無(wú)人機(jī)操控實(shí)訓(xùn)不僅提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)效率，讓實(shí)訓(xùn)教學(xué)不再受氣象和場(chǎng)地等因素的限制;而且憑借其低風(fēng)險(xiǎn)和沉浸感強(qiáng)兩大獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)的一些不足。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬(wàn)飛 基于 VR 虛擬模擬教學(xué)在高職院校發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用中的研究[J].時(shí)代汽車(chē)，2022，（02）：64-65.

[2]樸清柔 無(wú)人機(jī)航拍實(shí)訓(xùn)教學(xué)基礎(chǔ)飛行練習(xí)手法研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2021，5（10）：146-147.

[3]尚金龍 VR技術(shù)在航空機(jī)電設(shè)備維修實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2022，（01）：238-240.