楊師緣

沈陽開放大學(xué) 遼寧沈陽市 110055

在混合現(xiàn)實技術(shù)還未在新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用之前，傳統(tǒng)模式的教育方式是老師將根據(jù)教學(xué)大綱中規(guī)定的內(nèi)容，按照課本上的知識點對學(xué)生進行描述和講解。在這種教育模式下，老師對于學(xué)生的要求只是能夠?qū)⒗蠋熤v解的知識進行了解和背誦，傳統(tǒng)模式下的教育大多數(shù)的注重點還是為了應(yīng)試，對于學(xué)生在某一方面不理解的知識，只要求其進行背下來就可以。在這種方式下，學(xué)生的主觀意識逐漸的降低。教師在課堂中也很少能夠?qū)⒄n本的知識進行延伸。只要學(xué)生能夠考出好的成績，在當下的應(yīng)試教育背景下可以通過測驗就可以。大多數(shù)學(xué)生在選擇本專業(yè)時都是出于愛好，但是這種教育模式使學(xué)生逐漸養(yǎng)成被動接受的習慣，主觀能動性降低，限制了學(xué)生的思維方式。傳統(tǒng)教育模式中，老師不想去拓展課程的原因不單單是因為個人原因。在教學(xué)過程中，由于學(xué)校各方面條件的限制，使得很多課本上的實驗在現(xiàn)實生活中無法向?qū)W生進行演示，學(xué)生能夠上手操作的機會很少，我國偉大的領(lǐng)袖毛主席說：“真理只有一個，而究竟誰發(fā)現(xiàn)了真理，不依靠主觀的夸張，而依靠客觀的實踐。只有千百萬人民的革命實踐，才是檢驗真理的尺度?！?/p>

1 混合現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的優(yōu)勢

1.1 消除知識壁壘，創(chuàng)建生動逼真的情景

傳統(tǒng)的授課方式，通常依靠文字、圖片等簡單形式來進行的，偶爾也會用到視頻，這些形式用于解答簡單的概念是可以的。但是對于一些復(fù)雜的問題，如宏觀、微觀現(xiàn)象等，這種方式就會顯得蒼口無力。傳統(tǒng)教育中的知識具有扁平性，混合現(xiàn)實技術(shù)可以呈現(xiàn)更為立體的世界，消除空間與時間對學(xué)生造成的認知阻斷，為學(xué)生提供逼真、生動的學(xué)習環(huán)境。建造汽車模型、汽車拆解、內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示等，混合現(xiàn)實技術(shù)可以在電動汽車領(lǐng)域中為學(xué)生提供無限的真實體驗?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)的使用可以演示一些內(nèi)部零件復(fù)雜、概念抽象的知識點。在日常學(xué)習中不便于直接觀察的電動汽車的制造，但是在混合現(xiàn)實技術(shù)下可以很好的完成。在混合現(xiàn)實技術(shù)下，大到宇宙中的天體，小到原子粒子，學(xué)習者都可以通過混合現(xiàn)實技術(shù)進入這些物體的內(nèi)部進行觀察。汽車制造的過程需要幾個月的時間，但是利用混合現(xiàn)實技術(shù)可以在很短的時間內(nèi)展示出來。這種對知識全方位、多角度的展示極大地豐富了課堂的授課內(nèi)容。從而加速和鞏固他們學(xué)習知識的過程，有效幫助學(xué)生加深知識印象。

1.2 靈活授課、促進知識遷移

混合現(xiàn)實技術(shù)能夠提供豐富的感知以及多方面（聽覺、視覺、觸覺等）的反饋，幫助學(xué)習者將虛擬情境中所學(xué)到的內(nèi)容遷移到真實生活中，滿足新能源汽車學(xué)習的需要。利用混合現(xiàn)實技術(shù)模擬教師在授課過程中難以講解的教學(xué)場景，使課堂的學(xué)習具有可視化和可參與性，把一些枯燥的數(shù)字、程序、原理、流程等變得生動形象有趣，學(xué)生與場景互動，老師和學(xué)生互動，在混合現(xiàn)實技術(shù)中可以更加形象的掌握汽車制造知識。在同一個混合現(xiàn)實教學(xué)場景每個學(xué)生都會有不同的經(jīng)歷，也就是說在同一個混合現(xiàn)實教學(xué)場景下，可以根據(jù)每個學(xué)生的差異性，分別在不同情況進行仿真。這就為探索式學(xué)習、交互式學(xué)習提供了廣闊的教學(xué)空間。

1.3 節(jié)約學(xué)校成本、規(guī)避現(xiàn)實傷害

使用傳統(tǒng)教育進行教學(xué)，在教學(xué)過程中容易受到設(shè)備、經(jīng)費、場地等各方面制約，許多操作上的實驗有一定危險性，在教學(xué)過程中難以開展。利用混合現(xiàn)實技術(shù)可以虛擬各種實驗設(shè)備、實訓(xùn)環(huán)境和操作過程，使大多數(shù)課程可以在實驗室中進行，大多數(shù)技能也都可以在實訓(xùn)車間中進行訓(xùn)練，從而不必購置昂貴的實驗實訓(xùn)設(shè)備。并且這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)沒有任何危險，學(xué)生可以反復(fù)練習，直至掌握操作技能為止。虛擬訓(xùn)練又可避免實驗實訓(xùn)設(shè)備的損壞、訓(xùn)練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約教育成本?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)可以模擬現(xiàn)實中的場景，使學(xué)生在課堂中就可以完成各種實驗，在混合現(xiàn)實技術(shù)中獲得與真實體驗一樣的感受。可以這樣說，在保證教學(xué)效果的前提下，混合現(xiàn)實技術(shù)減少了實驗操作可能帶來的意外和傷害，并為學(xué)校大幅度降低了實驗成本。

1.4 激發(fā)學(xué)生興趣、提高參與度

混合現(xiàn)實技術(shù)用其個性化的方式、豐富多彩的媒體形式和強烈的感官體驗促進學(xué)習者在學(xué)習過程中產(chǎn)生主動情緒。混合現(xiàn)實系統(tǒng)可以虛擬任何你能想到的人物形象，在混合現(xiàn)實正中創(chuàng)造一個人性化的學(xué)習環(huán)境，使遠程教育的同學(xué)可以在放松，親切的氛圍中進行學(xué)習?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)可以虛擬大量案例證明，混合現(xiàn)實可以給學(xué)生帶來放松、愉悅的學(xué)習環(huán)境，激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習的動機。另外，混合現(xiàn)實技術(shù)可創(chuàng)設(shè)逼真的場景，提供動態(tài)的高交互設(shè)置，可以讓學(xué)習者在其中顯示出較高的學(xué)習參與度。

2 混合現(xiàn)實技術(shù)在電動汽車制造領(lǐng)域的意義

2.1 傳統(tǒng)的汽車設(shè)計流程

在對汽車進行研發(fā)時，設(shè)計初期需要根據(jù)市場需求確定設(shè)計內(nèi)容、對產(chǎn)品定位、做初期布置、進行造型設(shè)計，還要對經(jīng)濟性做分析、成本做分析等。在初期造型設(shè)計階段，則是根據(jù)規(guī)劃書確定產(chǎn)品的外部尺寸、整體的技術(shù)參數(shù)、造型風格和汽車的配置等，然后對現(xiàn)有市場車型進行分析，研究對標車型的優(yōu)勢和缺點，結(jié)合市場的大方向確定造型設(shè)計，對汽車定位。首先要解讀汽車造型設(shè)計的任務(wù)書，以草圖形式展現(xiàn)汽車設(shè)計理念與汽車造型的初期方案，通過團隊的反復(fù)的評審，不斷修改確定效果圖的方案，最后進入整車的細節(jié)設(shè)計階段。在汽車制造領(lǐng)域，造型設(shè)計是對研發(fā)團隊極高的挑戰(zhàn)，這其中涉及了材料學(xué)、流體力學(xué)、人機工程、環(huán)境等眾多方面。評審在修改調(diào)整設(shè)計的過程中，三維造型與油泥模型這兩個環(huán)節(jié)起到了至關(guān)重要的作用。通過三維造型我們更真實地看到立體化的效果，工程設(shè)計問題也通過計算機進行模擬評估，市場部在此時也可以對產(chǎn)品的市場作出判斷與分析。為了更加真實地展現(xiàn)設(shè)計，可以通過油泥制作1∶1車體模型，然后進行二次評審。油泥確定后，利用三維掃描技術(shù)將油泥模型進行逆向a面制作，完成車身數(shù)據(jù)后與工程對接，最終完成整車造型制造。

2.2 傳統(tǒng)設(shè)計流程的利弊

傳統(tǒng)汽車設(shè)計是通過手工繪制二維圖紙對汽車造型進行設(shè)計，工匠制作車體外殼時也是手工制作，對車體完成設(shè)計工作，制造車體時效率低下。之前的工藝技術(shù)不夠成熟，設(shè)計師的想法得不到準確的表達?，F(xiàn)在汽車設(shè)計分工明確，汽車2D與3D的模型制作成為設(shè)計師的必備技能，并且隨著科技產(chǎn)品的日益成長，設(shè)計師在汽車領(lǐng)域的發(fā)揮空間越來越大。傳統(tǒng)的造型設(shè)計包括草圖的設(shè)計、構(gòu)建CAS模型、油泥推敲、逆向建模，每一項都需要時間，并且在前期工作結(jié)束之后遇到問題進行二次修改時，對設(shè)計圖紙再次修改過程繁瑣，汽車整車設(shè)計師的能力對整個設(shè)計工作的推進與本身設(shè)計的合理性有很大的影響。目前汽車設(shè)計輔助軟件在使用中使用越來越方便，比如前期CAS造型階段構(gòu)建模型可以通過subdive細分，通過銑油泥的方式將大型模型制作出來，可以在整個工作中極大地縮短設(shè)計周期，但還是傳統(tǒng)的環(huán)節(jié)，設(shè)計師和油泥師傅充分地溝通才能表達到位。因此，在2D轉(zhuǎn)化成3D的過程如何不受油泥師的思路影響，將二維圖紙具象化，是一項待解決的問題。

2.3 混合現(xiàn)實技術(shù)在三維汽車模型中的應(yīng)用

混合現(xiàn)實技術(shù)可顯示汽車的懸架、底盤、內(nèi)飾直至每一個焊接點，設(shè)計者可確定每個部件的質(zhì)量，了解各個部件的運行性能。這種三維模型的準確性很高，汽車制造商可根據(jù)得到的計算機數(shù)據(jù)，直接進行大規(guī)模生產(chǎn)。據(jù)相關(guān)部門報道，通用和原克萊斯勒公司自從采用混合現(xiàn)實技術(shù)后，開發(fā)一種新車型的時間從一年以上縮短至兩個月左右，不光縮短了時間，公司對新車型的開發(fā)成本也降到原來的十分之一。按照傳統(tǒng)汽車制造，單獨新款汽車的設(shè)計的常規(guī)開發(fā)時間至少都需12～18個月?？巳R斯勒公司中耗資最大的當屬梅賽德斯汽車的設(shè)計中心，開發(fā)設(shè)計人員在該中心提供的混合現(xiàn)實中可以檢查整個車體的線條和輪廓、以及整體性能。全球混合現(xiàn)實技術(shù)新能源汽車發(fā)展市場的關(guān)鍵手段，通過混合現(xiàn)實中的虛擬環(huán)境進行工作，對車身進行檢測，分析汽車的空氣動力學(xué)、了解汽車性能等。美、日、歐等發(fā)達國家將混合現(xiàn)實技術(shù)作為汽車行業(yè)的關(guān)鍵競爭手段。

3 如何在課堂中開展混合現(xiàn)實技術(shù)

混合現(xiàn)實實驗是指在混合現(xiàn)實環(huán)境的基礎(chǔ)之上將現(xiàn)實中真實的實驗進行模擬呈現(xiàn)。當下學(xué)校根據(jù)混合現(xiàn)實技術(shù)設(shè)立的各種虛擬實驗室在對學(xué)生進行化學(xué)、物理等實驗的操作和體驗上具有積極的效果，在混合現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)中存在的虛擬智能角色，可以帶領(lǐng)學(xué)生在虛擬環(huán)境中更好地進行環(huán)境的體驗，同時老師也能夠隨時隨地的在混合現(xiàn)實系統(tǒng)中與其學(xué)生進行知識的講解和學(xué)術(shù)的交流。以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和多媒體設(shè)備為基礎(chǔ)的虛擬學(xué)習環(huán)境中，可以使得學(xué)生的主觀能動性和自主學(xué)習能力得到極大的提升，學(xué)生通過計算機就可以進行知識的學(xué)習，也能夠享受到當下豐富的學(xué)習資源。同時虛擬實驗室的設(shè)立，在很大程度上可以降低學(xué)生做實驗過程中存在的風險，也能夠降低一些成本昂貴的實驗，減少學(xué)校的開支，使得學(xué)生們能夠足不出戶的、不限次數(shù)的進行各種實驗的操作，同時也能獲得與現(xiàn)實中進行真實實驗時一樣的體驗。

3.1 汽車維護保養(yǎng)中的應(yīng)用

在汽車維護保養(yǎng)中可以利用混合現(xiàn)實技術(shù)制作一款軟件，軟件中包含發(fā)動機、底盤、車身以及電氣設(shè)備四大模塊的維護保養(yǎng)，其中要含有考評系統(tǒng)和資料查詢系統(tǒng)。學(xué)生可以通過這款軟件選擇其中一個方向進行維護保養(yǎng)的虛擬操作。比如，對車輛的四輪定位實驗中，在完成操作之后，要及時填寫電子的工單。針對軟件操作的過程中對操作的項目進行時間的記錄以及對學(xué)生在維護保養(yǎng)的過程中的操作進行評價。對該模塊的熟練程度和準確性方面做出及時反饋，以便糾正學(xué)生的錯誤。學(xué)生可以通過資料查詢功能對不熟練或不會維護的項目進行及時的查看，通過反復(fù)操作直到掌握該項目的維護流程并熟練操作。

3.2 汽車綜合故障診斷中的應(yīng)用

在對汽車進行故障診斷時，可以利用混合現(xiàn)實系統(tǒng)對汽車故障進行虛擬設(shè)定。在對汽車進行故障診斷時，對綜合故障診斷教學(xué)與考評也是混合現(xiàn)實在汽車維修上的重要應(yīng)用之一。在老師講授汽車發(fā)動機啟動困難的故障診斷時，老師在課前設(shè)置故障地點，學(xué)生可以利用開發(fā)的混合現(xiàn)實軟件對整車的工況進行模擬分析。學(xué)生通過穿戴設(shè)備了解汽車在啟動過程中各系統(tǒng)的工作過程，分析具體是汽路、電路、油路以及點火哪個方面的影響?；旌犀F(xiàn)實軟件配合教師的多媒體講解，進一步的加深學(xué)生對于知識點的掌握。在使用過程中也可以設(shè)置各種問題進行訓(xùn)練，如喇叭不響、供油不足和尾氣排放等。學(xué)生通過老師的講解，在混合現(xiàn)實軟件中完成故障的排除，實現(xiàn)汽車的正常使用。

以上僅僅為學(xué)生在混合現(xiàn)實技術(shù)在故障診斷時的其中一個案例。在發(fā)動機潤滑不良、轉(zhuǎn)向失靈、制動失效等故障診斷中，也可用以上方法進行教學(xué)。通過以上的學(xué)習方法，學(xué)生在使用過程中可以反復(fù)練習，并在學(xué)習過程中可以進行一些探索性的操作。混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，不僅讓學(xué)生掌握了熟練的維修技能，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)造能力。

3.3 汽車試驗中的應(yīng)用

學(xué)生在學(xué)習了汽車的故障排查以及維修保養(yǎng)后，學(xué)生也可以在混合現(xiàn)實技術(shù)制作的軟件中完成對汽車在行駛過程中將會遇到的問題進行實驗。如不同道路下的實驗，汽車碰撞實驗以及發(fā)生側(cè)滑打滑時對轉(zhuǎn)向進行實驗。對汽車的動力和底盤的性能做出實驗。進行各種模擬前，學(xué)生要事先在軟件中選定某一汽車模型，輸入實驗中需要的各種參數(shù)。比如車重、軸距、電池容量、電池類型、車輪位置等，使用混合現(xiàn)實模擬軟件模擬實車的實驗數(shù)據(jù)，通過人機交互以及穿戴設(shè)備模擬駕駛。計算機根據(jù)各種參數(shù)分析整車的性能并將實驗所帶來的結(jié)果反饋到混合現(xiàn)實設(shè)備上。以給出駕駛?cè)俗钪苯拥母泄袤w驗。讓學(xué)生在實驗中體會到汽車的各項性能怎么樣，并對其有三維立體化的感受，同時在實驗中對汽車的各項參數(shù)進行修正，并進行重復(fù)性的實驗。針對于不同的實驗參數(shù)，對不同車況下的汽車性能進行評價。最終可以獲得不同種類的汽車在何種參數(shù)時功能狀況最穩(wěn)定。

3.4 駛培訓(xùn)中的應(yīng)用

模擬駕駛的核心是要和真車的駕駛感受一樣，相比較于傳統(tǒng)的駕駛模擬器的交互模式，混合現(xiàn)實的技術(shù)的模擬器具有更好的沉浸感。而且在駕駛時，不受時間、天氣等環(huán)境因素影響。截至目前為止，只有部分駕校引入了基于VR的混合現(xiàn)實模擬器并投入使用，在教學(xué)過程中取得了良好的效果。VR的應(yīng)用也可以推廣到汽修專業(yè)的駕駛實習中，學(xué)生在使用過程中對VR軟件進行設(shè)置，模擬視頻中可以模擬天氣、路面、行人以及光線等不同的路況。學(xué)生在駕駛時，油門、剎車、離合器、方向盤、掛擋這些操作都和實車一致。使學(xué)生體會到一種真實的實車訓(xùn)練感受，與混合現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)的VR軟件可以降低學(xué)校對于駕駛培訓(xùn)費用投入，從而降低了對能源的消耗，避免了環(huán)境污染。使學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握汽車的駕駛。相信在不遠的未來，VR技術(shù)的應(yīng)用可以取代實車考試，顛覆學(xué)校對汽車駕駛考試的原有模式。這也能大大的節(jié)約學(xué)校購置實習車輛的費用。

4 結(jié)語

我國混合現(xiàn)實技術(shù)在教育方面屬于初期階段，新能源汽車也屬于起步階段，混合現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，對高校汽車制造與維修專業(yè)的學(xué)生有著重要意義，混合現(xiàn)實技術(shù)很好的解決了在傳統(tǒng)教學(xué)中對于教材資源的需求，同時也減少了安全方面帶來的影響，學(xué)生在動手實踐過程中，增強了學(xué)生的動手能力以及創(chuàng)新能力。將枯燥的知識學(xué)習點亮一盞明燈，通過混合現(xiàn)實技術(shù)增強了學(xué)生對知識的渴望。在不遠的未來，相信通過混合現(xiàn)實技術(shù)可以為新能源汽車領(lǐng)域輸送大量的精英。