基于车身修复工作岗位VR 虚拟课堂设计＊

曾 鑫，丁新桥，杨时川

（武汉软件工程职业学院，湖北 武汉430205）

汽车车身修复是汽车车身维修技术专业毕业生主要的就业岗位，也是从事汽车维修、汽车保险等职业岗位应该掌握的专业技能。汽车车身修复课程的教学和学习对教学设备、实践场地和教师实际工作经验要求高，实践教学中的耗材成本很高，同时对操作安全要求也很严格。鉴于此情况，结合现代科技的发展，运用VR 虚拟现实技术开发教学设备，能有效解决教学难题。在开发的车身修复VR 虚拟实训系统平台中，针对车身修复实际岗位的具体实践操作，设计开发出基于车身修复工作岗位VR 虚拟课堂，将教与学有机结合起来[1]。

1 虚拟现实系统

车身修复VR 虚拟实训系统平台中的虚拟现实系统，CPU 采用ARM Cortex-M0 处理器，外部设备主要包括USB HUB 控制器、SOC、睡眠模块、正交编码器、中矩器、降压转换器、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器、I2S、I2C、CCP、高精度振荡器、轴陀螺仪和加速度仪等。多媒体（音视频）资源采用独立声卡，选用WM5102 音频编码器、5.1 环绕立体声输出（3.5 mm 插座）、1×3.5 mm MIC/LineIn 输入和S/PDIF 5.1 Channel 数字音频接口。系统显示采用2 160×1 200 AMOLED，视频采用HDMI 1080 p高清数字视频输出，标准VGA 输出，支持液晶显示器显示，支持TV-OUT 输出接口和摄像头接口。

车身修复VR 虚拟实训系统平台中可以使用C++、C#、JAVA 程序开发，适合大多数3D 虚拟现实软件或者开发平台，例如UNITY3D、VIRTOOLS、MULTIGEN VEGA、WTK、OSG、VRPN 等。

2 虚拟课堂

车身修复VR 虚拟课堂是指运用VR 技术手段，构建车身修复虚拟实训场景，学生通过VR 穿戴设备、操作车身修复VR 实训平台设备，文字、声音和模拟真实的实践操作，实现知识点的学习、技能点的训练，通过过关游戏式的练习达到学习的目的。

在虚拟课堂中，学生可以进入模拟再现的真实工作场景，实现工作岗位、劳保穿戴及工具设备的选择和使用，在学习时可以通过教师微课视频讲解学习知识点，通过教师实操示范操作视频掌握技能点，通过评测反馈系统回放、评价操作的规范性和正确性，实时掌握自己的不足和操作的错误点[2]。

车身修复VR 虚拟课堂主要针对车身修复常用的CO2气体保护焊、电阻点焊、车身外形修复和车身测量与校正四个具体岗位进行设计和开发。

3 CO2气体保护焊岗位虚拟课堂

CO2气体保护焊岗位虚拟课堂所涉及专业教师、教学设计、工作场景、工作岗位及工具设备以真实专业环境1∶1三维建模，与现实中保持一致。

工具设备：含扳手、抹布、记号笔、大力钳、钣金修复锤、焊嘴防堵膏、CO2气体保护焊机等专业所需工具设备，虚拟课堂中“教师”现场讲解及演示工具使用方法，设备使用、安全防护、劳保穿戴（字幕、声音、3D 动画）。

工艺学习：平焊、立焊、横焊、仰焊、塞焊以三维虚拟教师讲解知识点、现场演练。

练习模式：学生通过调节虚拟场景中设备和器材参数，选用不同实训板材（0.6 mm、0.8 mm），平焊、立焊、横焊、仰焊、塞焊以及工具设备的虚拟实训。学生通过此练习，学习到设备工具的使用方法，了解工艺流程。含操作、设备参数设置错误报警指导和评分。

评测反馈系统：评测反馈系统实时记录学员操作信息，测评效果真实。

4 电阻点焊岗位虚拟课堂

电阻点焊岗位虚拟课堂所涉及专业教师、教学设计、工作场景、工作岗位及工具设备以本校真实专业环境1∶1 三维建模，与现实中保持一致。

工具设备：含抹布、划针、大力钳、钣金修复锤、钢板尺、电阻点焊机等岗位所需设备的三维虚拟化模拟操作。虚拟课堂中“教师”现场讲解及演示工具使用方法，包括设备使用、安全防护、劳保穿戴（文字、声音、3D 动画）。

工艺学习：划线、板件固定、试焊以三维虚拟教师讲解知识点、现场演练。

练习模式：学生通过调节虚拟场景中设备和器材参数，选用不同的实训板材。含操作、设备参数设置错误报警指导和评分，视频回放。

流程设置：劳保穿戴；检查设备，并打开所有设备；模拟板件除尘，并使用划针、划规、钢板尺划线；将模拟板件对齐固定，用大力钳夹紧一边，另一边固定在焊接台架上；在模拟件旁边，夹2 块试焊片；在工作服穿戴好的基础上，佩戴点焊专用透明面罩和焊接手套；电阻电焊机调节好后，在试焊片上试焊；在工件上点焊，焊接时，要跳开焊，即每两点之间要隔一个焊点；一边点焊完成后，将板件取下校正；大力钳夹紧后再次固定到台架上完成点焊；将板件取下，用样冲在板件的焊点上打上样冲眼；将板件固定在台虎钳上，用焊点去除钻去除A、B 板间上焊点，钻之前要试钻试焊片上的焊点；再用气动锯沿先前画好的线，将A 板件一分为二；使用焊点去除钻去除B、C 板件上的焊点；用气动锯沿先前画好的线，将B 板件一分为二；用沙带打磨机修磨A、B 切割时的边缘毛刺，C 板件上钻孔时残留铁屑；校正板件，先将B 板件上切割下来的板料重新与B 板件连接，用大力钳夹紧固定在焊架上；用横焊连续焊将B 板件两块板件连接；取下板件校平，将A 板件锯下部分安装上，用大力钳夹紧固定在焊架上；先将A 板件两块板用定位焊，焊几个点固定住；用塞焊将板件分离时的孔焊上，塞焊之前，要试塞试焊片上的孔。

评测反馈系统：评测反馈系统实时记录学员操作信息，测评效果真实。

5 外形修复岗位虚拟课堂

外形修复岗位虚拟课堂所涉及专业教师、教学设计、工作场景、工作岗位及工具设备以本校真实专业环境1∶1 三维建模，与现实中保持一致。

工具设备：含扳手、剪丝钳、大力钳、钣金修复锤、吹称枪、钢板尺、外形修复机等设备三维虚拟化模拟操作，虚拟课堂中“教师”现场讲解及演示工具使用方法，包括设备使用、安全防护、劳保穿戴（文字、声音、3D 动画）。

工艺学习：划线、板件固定、试焊以三维虚拟教师讲解知识点、现场演练。

练习模式：学生通过调节虚拟场景中设备和器材参数，选用不同实训板材。含操作、设备参数设置错误报警指导和评分，视频回放。

流程设置：查看受损车门，制订维修方案；劳保穿戴，并检查设备；将垫铁放在车门背面，将塌陷的筋线先修出70%，再将门板大面用垫铁也修复出80%；将垫铁在车门板背面垫着，正面用钣金锤敲击高点；由垫铁在受损区域垫着，用钣金锤敲击在门板正面破坏时受影响区域；重复，用垫铁在背面顶，钣金锤在正面敲，至修复完成90%；用钢板尺配合记号笔在受损区域画线，确定打磨范围；除尘设备打开（可以是吸尘器）；双动打磨机安装60 号砂纸先沿划线区域打磨外轮廓，再大范围打磨内部；打开车身修复机调至合适档位，选择好电流后，开始试焊；试焊完成后，先在筋线上焊一条波浪丝或垫片，将筋线先修复出来；换上三角垫片，以点拉方式修复平面；在整体修复达到98%时，使用双动打磨机换80 目砂纸，磨掉焊点；使用垫铁配合钣金锤将拉的过高部分修平；查看有无崩弹，将修复机调至收火模式，使用碳棒收火，收火时要使用吹尘枪降温，并使用抹布擦拭；再用钣金锤精修一遍，打磨机精磨后提交。

评测反馈系统：评测反馈系统实时记录学员操作信息，测评效果真实。

6 车身测量与校正岗位虚拟课堂

以全国职业院校技能大赛车身修复（钣金）虚拟赛场工作场景、工作岗位打造三维可视化虚拟比赛现场。3D 场景包括赛欧实训车架、大梁校正仪、电子测量系统、防护眼镜、安全帽（硬质）、棉纱手套、工具架等。

场景设置：虚拟课堂中“教师”现场讲解课程及演示，含字幕、语音、本课堂所需设备工具3D 功能及原理演示讲解；学生可以按照软件固定设置的流程学习，也可以自主选择知识点学习。

模块设置方面，国赛车身电子测量和校正虚拟操作具体流程设置为：劳保穿戴，并开机；打开软件，建立工单、选择车型；选择两对基准点，建立基准面；按软件提示选择测量头；组合测量头，并使用专用工具安装测量头至基准点（视屏中安装了两队基准点，一对测量点）；安装传感器；根据测量数据填写纸质工单；将一对测量点拆卸并安装至另一对测量点，记录测量数据；再次拆卸上一对测量头并安装至下一对测量点，记录测量数据；再次拆卸上一对测量头并安装至下一对测量点，记录测量数据；再次拆卸上一对测量头并安装至下一对测量点，记录测量数据；松开安全装置，滑动拉塔并安装；安装拉塔锁紧装置；打开油阀、打开总控制开关；连接油管；将拉塔的铁链捋顺；连接铁链和黄色拉紧带，并连接安全绳；用控制手柄进行拉伸，并观测实时数据；拆卸铁链并连接车辆另一侧大梁；用控制手柄进行拉伸，并观测实时数据；拆卸铁链、安全绳，换色拉紧带、油管，松掉拉塔安全装置并归位；拆卸传感器和测量头。

7 AR 代码编写

以下是以外形修复岗位虚拟课堂中汽车门板修复岗位虚拟课堂为例介绍AR 代码编写，以下两段代码主要是虚拟课堂场景加载和资源文件加载的内容：

namespace GameFramework.Resource

{

///

/// 加载资源代理辅助器异步将资源文件转换为加载对象完成事件。

///

public sealed class

LoadResourceAgentHelperReadFileCompleteEventArgs :GameFrameworkEventArgs

{

///

/// 初始化加载资源代理辅助器异步将资源文件转换为加载对象完成事件的新实例。

///

///资源对象。public

LoadResourceAgentHelperReadFileCompleteEventArgs(object resource)

{

Resource=resource;

}

///

/// 获取加载对象。

///

public object Resource

{

get;

private set;

}

}

}

//------------------------------------------------------------namespace GameFramework.Scene

{

///

/// 加载场景时加载依赖资源事件。

///

public sealed class

LoadSceneDependencyAssetEventArgs :

GameFrameworkEventArgs

{

///

/// 初始化加载场景时加载依赖资源事件的新实例。

///

/// 场景资源名称。

/// 被加载的依赖资源名称。

///当前已加载依赖资源数量。

///总共加载依赖资源数量。

/// 用户自定义数据。

public LoadSceneDependencyAssetEventArgs(string sceneAssetName ， string dependencyAssetName ， int loadedCount， int totalCount， object userData)

{

SceneAssetName=sceneAssetName;

DependencyAssetName =dependencyAssetName;

LoadedCount=loadedCount;

TotalCount=totalCount;

UserData=userData;

}

///

/// 获取场景资源名称。

///

public string SceneAssetName

{

get;

private set;

}

///

/// 获取被加载的依赖资源名称。

///

public string DependencyAssetName

{

get;

private set;

}

///

/// 获取当前已加载依赖资源数量。

///

public int LoadedCount

{

get;

private set;

}

///

/// 获取总共加载依赖资源数量。

///

public int TotalCount

{

get;

private set;

}

///

/// 获取用户自定义数据。

///

public object UserData

{

get;

private set;

}

}

}

//------------------------------------------------------------

8 结语

现代教育信息化手段不断更新，VR、AR 等技术手段快速应用到实际教学中，对教学造成很大的变化，针对专业的特别是偏重技能方面的课程学习，我们需要针对相应的技术手段，结合课程实际岗位技能要求，深入研究课程设计的细节内容，这样才能将先进的信息化教学手段有效运用到实际课程教学中。