基于三维虚拟仿真技术的汽车维修教学实践研究

摘  要：VR虚拟现实技术在被引入到教育领域之后也助力了教育领域的快速发展，建立了桌面式三维虚拟空间，如此对于学生学好专业知识内容是非常有益的，它能够在一定程度上改变传统教学模式，确保汽车维修教学实践有效到位。为此，文章着重探讨了汽车维修教学课程实践中所采用的三维虚拟仿真技术，希望学生能够在三维虚拟仿真技术的辅助下开展相应教学过程，保证专业教学实践体现其一定的教育价值性，并进行教学反思。

关键词：三维虚拟仿真技术;汽车维修教学实践;教学方法

中图分类号：TP391.4;G434              文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）19-0193-04

Research on Automobile Maintenance Teaching Practice Based on 3D Virtual Simulation Technology

XIAN Aman

（School of Automobile， Xianyang Vocational Technical College， Xianyang  712000， China）

Abstract： After being introduced into the field of education， VR virtual reality technology also contributes to the rapid development of the field of education， establishes a desktop 3D virtual space， which is very beneficial for students to learn professional knowledge. It can change the traditional teaching mode to a certain extent and ensure that the teaching practice of automobile maintenance is effective and in place. Therefore， this paper focuses on the 3D virtual simulation technology used in the practice of automobile maintenance teaching course， hoping that students can carry out the corresponding teaching process with the help of 3D virtual simulation technology， ensure that professional teaching practice reflects its a certain educational value， and carry out teaching reflection.

Keywords： 3D virtual simulation technology; teaching practice of automobile maintenance; teaching method

0  引  言

在汽车专业中需要分析其教学设计与教育管理目标，充分先进技术内容功能全面展开教学过程，搭建虚拟仿真教学系统。例如在汽车底盘齿轮齿条式转向系统教学中，教师就充分运用到了VC++6.0以及3Dmax 2010开发平台，建立了人机交互平台，形成了一套完整的汽车维修虚拟仿真教学系统。在平台开发过程中，主要利用到了CAN总线配合RS485通讯机制，直接植入人工控制系统节点，保证采集环节设备状态信息有效优化，同时收发指令内容。在这一过程中也必须合理运行Linux操作系统，保证图形化人机交互技术实施到位，提高系统稳定性能。

1  三维虚拟仿真技术的基本概述

三维虚拟仿真技术源自VR技术系统，它所建立的是方便、灵活的虚拟现实系统，在使用计算机屏幕标作为使用者查看窗口的同时，也充分运用了大量交互技术内容，建立了高度逼真的3D交互虚拟情境，实现了虚拟世界与现实世界的有效交互。整體看来，目前广泛应用于教育平台领域的桌面式三维虚拟仿真技术在成本实现上相对较低，应用更为方便灵活，可以借助立体投影仪增大显示屏幕，进而形成一种沉浸感体验，满足多人观看学习要求[1]。就内容的呈现与场景的构建上也实现了有效突破，构建了最为逼真的三维教学环境。简言之，就是在相对复杂的日常教学环境下展开教学活动过程。在这里，三维虚拟仿真技术激发了学生的学习兴趣与好奇心，学习主动性也有所增强[2]。

就目前所开展的汽车维修管理教学内容存在一定缺陷，它未能有效运用到三维虚拟仿真技术内容，这导致学生在学习过程中无法实现理论与实操相互结合，这在极大程度上影响到了学生的歇息成果，也导致教师在教学过程中面临困境，避免了学生在某些学习细节上的重复操作，教学应用价值上可见一斑[3]。

2  三维虚拟仿真技术在汽车维修教学实践中的具体应用内容与设计思路

在汽车维修教学实践中，三维虚拟仿真技术被深入融入基础教学中，例如在指导学生学习汽车底盘典型故障与疑难故障中建立了重要的技术指导基础，同时也对汽车齿轮齿条式转向器结构变化进行了探索，配合故障案例引发学生思考共鸣。这一过程中学生会拥有身临其境的学习体验，分析与解决问题的能力也会有所提升。在本文看来，利用三维虚拟仿真技术恰当引导学生探究汽车维修教学实践中相关问题，例如识别零部件名称、掌握齿轮齿条式转向器的拆装过程等等，这对于指导学生从不同角度思考问题是很有帮助的。在教学中，教师也借助桌面式三维虚拟仿真技术指导学生自主学习、游戏激趣、情境迁移、全面巩固提高学生运用三维虚拟仿真技术解决问题的能力[4]。在三维虚拟仿真技术应用过程中，教师要明确多元思路开发，保证通过自主实践与讨论来共同指导学生展开技术背景下的汽车维修教学时间过程，提高教学质量。在三维虚拟仿真技术教学中教师也要通过真实案例引发学生思考，相应补充教学主题内容，为学生带来优质学习体验。

在教学活动中，其设计思路主要围绕学生身心发展出发思考问题，教师会利用三维虚拟仿真技术为学生建立学习情境，结合一系列虚拟教学系统工具来设置展开教学任务，灵活运用教学资源，展开教学有效组合过程。这一过程中，学生逐渐从静态学习体验逐渐转为动态，这主要就是因为建立了交互式、桌面式汽车维修三维虚拟仿真教学系统模型，其中所构建的基本素材库蕴含了大量的文本、音频与视频动画供学生学习运用，完善实训课程体系内容。在采用上机操作过程中创建虚拟仿真环境，配合先实践、后理论的教学过程展开教学，如此对于提高课堂教学效率是颇有帮助的[5]。

3  三维虚拟仿真技术在汽车维修教学实践中的具体设计流程

就以《汽车底盘构造与维修》课程为例，教师会首先为学生讲解齿轮齿条式转向器的基本结构特征，它的结构特征相对简单，传动效率较高，操作轻便，重量较轻，不需要转向摇臂与转向直拉杆。在教学中，要有效解决逆传动效率较高以及转向器可变速比等等问题，就目前汽车产业中如本田、五菱等汽车品牌都采用到了齿轮齿条式转向器。为了让学生深入了解该课知识内容，教师专门为学生打开了三维虚拟仿真技术系统，运用总成图讲解知识，与学生展开互动，通过系统中案例提高学生学习兴趣，锻炼学生的交流、表达能力。例如在左右拉杆内球头教学中。而在这一过程中，学生要自主利用拉杆内球头实现螺纹与齿条连接过程中合理运用到三维虚拟仿真模型，一边移动一边分析其模型结构的主要组成部分，学生在操作过程中也会深度观察模型最后操作虚拟模型，深入学习汽车转向系统相关知识的有效运用过程。在整个教學过程中，教师要先后进行资源制作与资源库建设，集中统一管理汽车维修虚拟仿真教学系统功能模块，确保学习过程更加生动有趣[6]。

3.1  收集教学资料

结合汽车维修教学中的仿真实训系统的开发建设过程。具体来讲，在系统开发建设过程中采用了基于对话框的先进技术，配合鼠标操作方便用户快速执行软件任务。在这里就运用到了VC++6.0作为开发语言，配合CATIA以及3Dmax作为虚拟三维建模工具，同时利用Vega作为动态仿真渲染工具，确保仿真实践教学功能有效优化，体现教学系统一定的移植性以及可扩展性，汽车三维虚拟仿真3Dmax软件建模如图2所示。就系统操作过程而言，它其中通过汽车三维虚拟仿真实训教学系统来为学生播放动画、视频内容，确保仿真技术应用到位，培养学生良好的学习兴趣，同时建立仿真与实际操作教学机制，避免学生过分依赖仿真系统。而在VC++开发平台下，汽车仿真教学系统包含多种功能模块，保证系统开发建设过程顺畅化。在这一过程中也要建立Vega系统理论课程内容，确保实训仿真教学实施到位，建立多个教学模块，从多个方面加强学生对于学习内容的理解，激发学生的整体学习兴趣，同时为学生在三维虚拟仿真技术系统中建立教学方案。这里主要运用到了3D max三维造型软件、汽车齿轮齿条式转向器系统等等，全面构建高逼真三维模型，结合平面图形软件如Photoshop CS制作模型贴图材质。大体来讲就是根据专业教学实际需要形成教学建模内容，将实物内容拆解下来，测量尺寸并记录数据，丰富三维虚拟模型资源库，汽车三维虚拟仿真资源库如图3所示。

3.2  创建三维虚拟仿真3D模型

在讲解汽车底盘齿轮齿条式转向器过程中，教师专门采用到3Dmax软件进行建模，制作三维虚拟仿真模型。在系统虚拟模型构建过程中主要结合汽车齿轮齿条式转向器零部件实物制作模型，模型内容就包括了齿轮、齿条、内外球头、控制阀等诸多内容。考虑到模型内容相对复杂，所以在采用传统基础几何体建模之外，也尝试采用到了三维多边形建模技术方法，比如说在制作螺丝孔过程中就专门运用到布尔运算方法，先进行样条曲线绘制，然后实施放样操作[7]。

在分析汽车底盘齿轮齿条式转向器材质过程中，教师运用三维虚拟仿真模型附加材质确保模型显示正常不变形，确保模型精细化，给人一种真实感，如此能达到一种以假乱真的教学效果，更好吸引学生参与其中。而在贴图方面，则采用三维虚拟仿真模型建立贴图纹理素材分析机制，确保让客观反映物体模型建设机制，保证物体模型材质更为精细真实，体现其质感优势，建立良好的三维虚拟仿真模型，然后导出.3DS文件格式，为实现进一步的教学交互功能夯实基础。

最后，教师要利用汽车维修虚拟仿真教学系统与学生形成3D模型交互，其中主要对转向器进行多方位呈现，实施360°旋转、垂直平移操作，并利用模型调试、发布输出系统内容，最后直接导出*EXE文件，为学生形成三维虚拟仿真模型平台输出效果图[8]，如图4所示。

4  结  论

在利用三维虚拟仿真技术开展汽车维修教学实践过程中，教师充分运用到了技术系统移动端实施教学，为学生虚拟展示了诸如汽车底盘齿轮齿条式转向器失误内容，形成了丰富的多媒体视频教学资源。就虚拟混合学习模式过程中，教师还结合虚拟仿真系统建立了虚拟学习环境，这对于汽车维修专业学生学好专业知识内容是颇有帮助的，它也说明了虚拟仿真系统在专业虚拟学习环境中发挥了不可替代的重要价值作用。就目前职业教育更加强调一体化教学的大环境下，虚拟仿真教学确实做到了对于教学方式方法与教学内容的成熟性融合，实现了更多教学层面的思考与探索过程。

参考文献：

[1] 付学敏，李敏，王普，等.虚拟仿真技术在汽车维修专业实训教学中的应用探讨 [J].南方农机，2020，51（9）：206.

[2] 黄麒瑜.虚拟仿真软件在中职汽车维修专业教学中的应用研究 [J].百科论坛电子杂志，2019（8）：725.

[3] 马光.汽车维修虚拟仿真教学系统功能模块研究 [J].科学与财富，2019（26）：177.

[4] 陈新.虚拟仿真软件在中职汽车维修专业教学中的应用研究 [J].新疆职业教育研究，2013（1）：58-60.

[5] 陈江涛，孙为民，吴珂，等.三维虚拟仿真在发电类专业创新教学中的应用 [J].职业技术，2019，18（5）：59-62.

[6] 刘彩花.Web3D虚拟仿真技术在机械类实践教学中的应用 [J].农机使用与维修，2020（9）：112-113.

[7] 廖松丽，徐颂民，郑波.基于三维虚拟仿真的初中数学互动教学实践——以《投影与三视图》为例 [J].教育信息技术，2019（10）：64-67.

[8] 薛鹏.基于Prepar3D的虚拟仿真技术在民航机务实践教学中的应用 [J].科技资讯，2017，15（18）：161-163+165.

作者简介：仙阿曼（1989.03—）女，汉族，陕西咸阳人，讲师，硕士研究生，研究方向：机械设计制造及其自动化，汽车检测与维修技术。