VR虚拟现实技术在推土机驾驶教学中的应用

吴波

【摘  要】本文介绍了VR虚拟现实技术的特点，通过分析VR虚拟现实技术在推土机驾驶教学中应用情况，了解了VR虚拟现实技术对机械工程教学的有效性，可有效缩短工程装备操作人员的培训周期，大大提高了操作人员的技术水平，可见VR虚拟现实技术在机械工程教学实训中应用前景比较广阔。

【关键词】虚拟现实技术;推土机;驾驶教学

0引言

在1980年，美国VPL公司创造人拉尼尔提出“虚拟现实”的概念，之后VR技术引起国内外相关人士的关注。VR技术包括了计算机图形、人工智能等内容，在军事、工业与教育领域已取得应用，并且成果突出。在我国，教育部门在2017年打造并共享了虚拟仿真实验教学平台，计划建设相关的教学项目。目前，在推土机类工程实训教学中主要采用传统模式，学员在实训中不能掌握相关的内容，由此延长了学员的实训时间。近幾年，随着计算机技术与仿真技术的发展，VR技术在机械工程教学训练中引入，如何解决该技术在教学训练中有效应用问题，便成为当前亟需解决的问题。

1虚拟现实技术特点

所谓虚拟现实技术就是VR技术，它是借助计算机的功能，将现实世界在虚拟环境下再现。它其集合了仿真技术、传感技术等内容，具备了“3I”特性，具体为沉浸性、交互性及构想性。其中，沉浸性是主要特征，可以使学员沉浸在虚拟世界，并能够参与其中的各种活动。学员沉浸的过程中，可发挥自身的主观能动性，与虚拟环境共鸣，并成为其中的一部分，而不是被动接受教学;交互性起到帮助的作用，可以让学员与虚拟环境中的对象实现交互。比如，在实训教学中，可通过传感器对虚拟环境中的推土机设备零部件进行拆装，让学员真正感知到零部件的存在;构想性可给用户提供广阔的想象空间，将构建的虚拟场景与虚拟设备用于学生的实践过程中，可让学员随意构想不存在的空间，甚至在现实中不可能存在的，以此激发学生的学习兴趣。

2虚拟现实技术在推土机驾驶教学中应用

对于推土机驾驶教学，受传统教学模式的影响，在实训过程中会受到场地、安全等问题限制，让学员对推土机操作难以形成系统性的认识，这就需要借助虚拟现实技术，充分发挥其特点，将构建的虚拟场景与虚拟设备用于学生的实践过程中，具体的应用内容如下：

2.1理论教材与VR设备结合

在过去，对推土机驾驶教学多以书本为主，教练在讲解时主要以灌输式为主，由于驾驶内容比较抽象，学员难以理解其中的含义，由此大大降低了学员学习的兴趣与质量。随着科学技术的发展，虚拟现实技术在教学中被引入，通过将VR技术与课本结合，把课本知识中关于推土机的关键设备与相关操作动作原理进行虚拟模拟，教员将以动画的VR方式展示给学生。在平时教学过程中，教员可利用VR技术，将现有的PPT等多媒体课件进行改造，实现文字到图形图像的转换，单向到交互的转换及静态到动态的转换。教员通过运用仿真教学资源，学员在实际实训学习过程中可以迅速掌握要点，提升自己的操作水平，相应的教学训练效果得到提升。例如，在现有的场地与推土机设备下，为了满足每个学员可以进行驾驶操作，教员可利用VR技术，将现有的PPT等多媒体课件进行改造，通过模拟推土机场地、操作设备等内容，让学员在一个很好的驾驶氛围中学习，进而大大提高驾驶水平。

2.2虚拟仿真实验与工程实践结合

在推土机驾驶教学中，除了理论性知识，特别重视的是学员的实际操作情况。由于在现实的实训教学中推土机驾驶场地有限，在实际操作中存在高危险、高成本等特点，导致学员实训操作少、时间短，不能及时掌握相关操作要领。虚拟现实技术的引入，通过虚拟环境中模型，将实训场景与相关设备进行模拟，根据实训设计要求过程，指导学员对设备原理、结构及操作过程等知识进行学习掌握。例如，教员在指导学员怎么驾驶好推土机时，可在这个过程中，对推土机实际操作环节进行实验模拟，在每个环节中注重推土机操作设备的原理、基本功能等知识介绍，将构建的虚拟场景与虚拟设备用于学生的实践过程中，这样每一个学员不进可以在实际操作中可得心应手，还满足了教员的教学需求，大大减少了实训时间。

2.3虚拟仿真理论与实践教学体系

在推土机驾驶实训教学中，由于各种因素的限制，许多实训无法深入到机械内部。比如，机械装调与维修的实训课程，传统的教学方式，学员虽然能掌握相关的内容，但在机子发生故障时，并不能解决实质性的问题。通过虚拟技术的使用，发挥交互性与沉浸性的特点，可将相关的实训课程进行虚拟转换，让学生可以针对现实中的问题进行观察与体验，将构建的虚拟场景与虚拟设备有效结合，在实训过程中学生可以发挥自身的想象力，对相关的问题引发思考。教员根据学生的问题，设置相关的实践内容，学生在虚拟环境中完成推土机的实训操作，迅速掌握推土机的操作步骤与操作要领，减少实训时间，提高教员的教学效果。

结束语

综上所述，本文通过对VR虚拟现实技术在推土机驾驶教学中应用浅析，了解了拟现实技术具有沉浸性、交互性及构想性的特点，在推土机驾驶教学中引用虚拟现实技术，可提高学员的技术水平，有效缩短了教员的驾驶训练周期，由此可知虚拟现实技术在机械工程教学实训中应用前景广阔。

参考文献：

[1]孙玥，李晶.基于虚拟现实技术的教学功能研究分析[J].中国管理信息化，2020，23（05）：215-216.

[2]刘海雄，唐利平.VR/AR技术下的高职数控加工实训教学探讨[J].内燃机与配件，2019（21）：269-270.

[3]赵成龙，刘科明，刘树胜.VR虚拟现实技术在工程实训教学中的应用探析——以机械装调与维修实训课程为例[J].广西职业技术学院学报，2018，11（04）：80-84.

（作者单位：山推工程机械股份有限公司）