虚拟现实技术在装备教学中的应用

金政芝

摘 要： 文章针对飞机装备教学的特点，介绍了虚拟现实技术的基本概念，研究了虚拟现实技术在课堂教学中的应用方式，并以《飞机虚拟维修教学训练系统》为例，具体介绍了虚拟现实技术在装备教学中的应用。

关键词： 虚拟现实 装备教学 教学应用

一、虚拟现实基本概念

1.虚拟现实技术

虚拟现实技术是近年来随着计算机技术与仿真理论发展起来的一门新型学科，采用计算机生成逼真的三维视、听、嗅等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然对虚拟世界进行体验和交互作用。虚拟现实由于具有沉浸感、交互性和构想性，使其在教育领域内有巨大的应用前景。

2.虚拟现实技术所需的软硬件条件

常用硬件：计算机、特殊的头盔、三维立体传感等设备。不同应用背景需要不同设备配套。常用软件：目前大多数PC机都用Wmdows7/XP操作系统。而且微软公司已经在Visual c++内提供了OpenG等图形API。在PC上建立三维虚拟现实系统一般使用此图形API。OpenGL是由SGI、Microsoft等公司共同制订的三维图形API。0penGL程序代码既可以在工作站上又可以在PC上编译运行。另外，还有MG1Photovita、Cool3D、Flash、VRML、Cult3D、Vega Prime等，它们均可在PC机或工作站上运行，使用十分方便。

二、虚拟现实技术在课堂教学中的应用

目前，大多数院校在装备教学培训上一般采用理论教学加实装训练模式。运用实装教学，效果直接，但是受条件所限，院校往往不能配备最新装备，而老旧装备远远不能满足教学训练要求，导致教学效果及学员学习效率受到一定影响。将虚拟现实技术运用于装备的教学中，可有效解决教学中存在的缺少最新实装教学的问题，突破空间和时间的限制，可以实现逼真的装备通电、拆装、故障维修操作教学等。同时可在装备维修的虚拟环境中，提高学员的维修能力和科技素质，对于增加教学效果、提高学员培养质量具有极大的促进作用。

一般来说，在装备教学中引入虚拟现实技术，可以采用以下两种方式。

1.虚拟仿真教学

采用虚拟现实技术对教学内容进行整体仿真，通过构建虚拟的环境，让学员通过键盘和鼠标在场景范围内的三维模型中身临其境般地进行鸟瞰、步行、飞行等任意交互漫游，使用户在高度仿真的模拟场景中进行技能培训、授课、考核等工作。以飞机座舱漫游系统为例，通过三维软件构建一个飞机座舱模型，学员可以通过鼠标和键盘操作，在虚拟的飞机座舱环境中查看每个开关按钮的安装位置、每个仪表的显示内容等。采用这种方式既解决某些机型教学没有实际飞机装备，无法进行现场教学的难题，克服传统教学模式中的弊端，又可激发学员的学习兴趣，为学员提供实际操作机会，大幅度提高教学质量。

2.情景模拟教学（任务驱动式教学）

情景模拟教学系统是基于虚拟现实技术，以游戏的引擎技术为核心，融合好友成群、在线文字、语音视频交流、仿游戏效果、人物行走等功能创设“真实的情境”，将任务驱动式教学改革思路融入虚拟环境中。学员可在这里进行知识点情景模拟任务的创建、加入等，根据所学程度选择学习点的难度，分为初级、中级、高级。以外场维护教学为例，用户可以选择自己想要情景模拟的知识点任务，如创建一个任务，在此房间中等待其他用户进入，符合开启任务人数或者条件后就能开启情景模拟，在任务中学生以不同身份进行角色模拟，完成当前任务大厅中业务流程，在任务中通过情景模拟方式让学员处理问题，最后在任务完成之后针对每个人的表现进行评分。

三、教学应用案例

下面以《飞机虚拟维修教学训练系统》为例，具体介绍虚拟现实技术在装备教学中的应用。

该系统以飞机装备维修训练为研究对象，涵盖机械、特设、军械和电子四个专业，包括设备原理、模拟操作、虚拟维修、虚拟拆装、测试考核、故障资料、虚拟展示和软件导航八个模块，主要功能如下：

1.替代实装训练对受训人员进行维修训练教学培训，其操作流程、操作方法和步骤符合飞机维护规程要求。

2.采用计算机多媒体、三维建模及虚拟现实技术，界面美观大方，人机交互性好。

3.可对装备进行模拟维修和虚拟拆装操作。

4.可对操作训练成绩进行客观评定分析，并进行理论和操作考核。

5.可进行故障设置、故障识别、故障定位和故障维修，并及时更新故障和维修数据，杜绝维修差错，确保飞机无故障上天。

6.具有可视化的原理教学、资料查询功能。

整个系统包含硬件系统和仿真软件系统两个部分。硬件系统由显示装置和中央处理机两部分组成。显示装置：三个液晶显示器，其中主显示器用于显示软件主界面，另两个显示器在两侧，模拟飞机座舱左右两个操作台。中央处理机：用于数据处理。软件系统以Windows XP操作系统为搭载平台，采用Multigen Creator构建模型数据库，CTS（Creator Terrain Studio）构建维修训练场景，选用Vega Prime生成和渲染三维场景，并利用Visual C++ 6.0开发程序流程和程序界面，实现仿真软件。

根据系统的功能要求，仿真软件是一个基于三屏的虚拟维修训练系统。整个程序在基于对话框的框架上开发。根据模块化编程思想，为每个部分建立一个类，在主界面上与各类相关联。

系统运行过程为：运行程序，进入主界面后，可进行功能选择，假设选择模拟训练模块，进入模拟训练后，可选择相应的菜单进行训练，受训者应该在正确时刻和恰当的时机，用鼠标操作进行相应操作。训练完毕，系统将根据受训者的操作情况，对受训者进行评估和打分。

四、结语

虚拟现实技术的多学科融合式特点，使得将其运用于装备教学的研究有助于解决目前院校普遍存在的实验经费紧张、实验设备不足、型号落后等问题，并将对提高教育技术水平、增强课堂教学互动效果、优化装备教学过程，培养具有创新意识和创新能力的航空机务维护人才产生深远的影响。

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