基于增強現實技術的航空維修技能教學研究

代云霏

（空軍工程大學航空機務士官學校，河南 信陽 464000）

航空維修技能教學是連接院校教學與實際任職崗位的重要紐帶，隨著航空兵裝備的快速更新和維修保障模式改革的不斷推進，傳統教學的弊端也日益凸顯，主要表現在以下幾個方面：①裝備更新換代較快，新裝備教學器材難以滿足訓練需求；②開發針對機型的實體模擬器教學設備研制周期長、成本高，無法與實裝保持同步；③現有裝備教學缺乏沉浸感的場景以及交互式的學習模式，無法滿足排故教學需求。因此，需要尋找一種新的手段來改進現有的裝備維修教學。

1 增強現實技術概述

增強現實（Augmented Reality，AR）技術，是綜合運用計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、網絡技術等，將虛擬物體及提示信息實時疊加到真實場景中的技術。AR系統通過對使用者頭部位置以及姿態的跟蹤，將虛擬信息注冊到真實場景中，在頭戴式顯示設備中顯示，實現虛擬信息與真實世界信息的融合，兩種信息相互補充、疊加，達到增強現實場景、超越現實感知的目的。

1.1 增強現實技術的發展

增強現實技術的概念最早提出在20世紀90年代初的美國，集中在軍事訓練領域。但由于受制于技術的發展并沒有大規模推廣。隨著計算機信息技術發生翻天覆地的變化，通過對基于視覺的增強現實技術進行了一系列研究，AR技術已經在軍事、醫療、工業、文娛等領域廣泛使用。增強現實技術研究主要涉及近眼顯示、渲染處理、感知交互、網絡傳輸等技術。

1.2 增強現實技術的優勢

傳統裝備教學訓練方法主要是教師利用課堂授課，在實裝上演示操作，輔助幻燈片、教學片教學，學生通過對書本知識、技術文檔的消化吸收以及在實裝上進行操作訓練等手段來完成。隨著裝備的更新換代速度越來越快，由于種種原因，院校的實裝配發不及時，且配套器材設備少，因此，發展出了利用模擬訓練器來輔助教學。

通過模擬訓練器輔助教學在一定程度上打破了實裝不足造成的訓練困境，但通過一段時期的使用，發現存在不少問題。使用增強現實技術輔助教學訓練一方面可以克服這些問題；另一方面，它也有自己的技術優勢，主要表現在以下幾個方面：①增強現實技術相比傳統模擬器材更加貼近實際。傳統模擬器材運用最多的集中在較為簡單的基本維修技能訓練，比如機械專業的打保險絲和開口銷練習架，特設專業的通電檢查，電子專業的電纜制作等。但實際上這與實際裝備聯系得并不緊密，可能只是模擬部分程序或者局部操作，無法模擬更加貼近部隊實際的工作情況。增強現實技術可以顯示非常復雜的線路、管路，基本能夠模擬全過程，以及精細化的拆裝、操作。②增強現實技術教學場景沉浸感更強，交互式也更完善。如何激發學生的學習興趣，充分發揮其在教學中的主體地位一直是教師教學過程中努力的目標。相比于傳統模擬訓練，采用增強現實技術之后仿真度更高，這樣學生學習興趣也會增大。此外，交互式的學習模式與即時的評價方式也顛覆了學生以往的學習體驗，將會大大提高學習效率與學習質量。③增強現實技術滿足排除故障的學習和考核需要。現有的教學手段中，排故的學習和考核基本上是“空對空”，文字對文字，在實裝上和模擬練習器上進行不了模擬排除故障訓練。采用增強現實技術后，可以通過設置故障現象及排除方法進行交互式的學習，讓排故學習變得更容易。④增強現實技術可以降低訓練損耗與費用。

2 增強現實技術的應用

國外很早就實現了利用AR技術在航空裝備領域實現線路的裝配維修。根據報道，DART 510發動機應用增強現實技術后維修時間可縮短56%，在技能訓練中，國外開發了多種基于增強現實誘導的維修系統，可以在立體視頻圖像上添加虛擬圖形增強效果，可以增強顯示飛機的框架結構線，利用增強現實技術對機械模型注解。我國的AR技術發展晚于國外，研究集中在幾所高校和研究所，在航空裝備維修技能教學訓練的應用上處于初級階段。當前，學校的任職教育教學走向深化階段，采用增強現實技術的教學手段，后續的發展可以從以下幾個方面展開。

2.1 強化單人裝備維修技能訓練

現有的裝備維修技能教學中，學生對教師的依賴程度較高。在這樣傳統的以教師為主體的教學模式下，教師是課堂的主宰，但這樣的課堂缺點也很明顯，教師的表達能力、教學經驗直接決定了學生學的好與壞。通過增強現實技術的引進，可以減少這種問題。增強現實技術的課堂應用與教師的課堂講解互為補充，生動形象的教學打破了以往灌充填鴨式的教學，最明顯的進步就在于能使每名學生的學習積極性得到提升，自主學習的意識得到增強。通過“浸入式”的體驗學習，學生在實習操作的過程中能得到最標準、最形象的指導，必將提升其裝備維修技能。

2.2 開展大科目維修協同模擬訓練

在大科目協同訓練中，每名學生需要對自己承擔的任務做到非常熟練，否則將會影響整體實習任務的完成效果，比如在發動機試車過程中的人員分工配合、在起落架收放檢查過程中人員的協同配合等。引入網絡化的增強現實技術以后，可以在展開大科目實習以前進行模擬協同訓練，在模擬訓練時設置角色，并展開討論與學習。并能夠讓學生體驗不同角色，使之能夠勝任各個分工崗位。同時，教師也能夠以“觀察者”的身份參與進來，在必要時進行指導。模擬協同訓練之后再進行實裝合訓，這樣既保證了安全，也提高了效率。

2.3 戰時航空機務保障訓練

戰時航空機務保障訓練教學以往只能在理論中學習，引入增強現實技術后，可以結合機場虛擬現實三維模型來模擬戰時的航空機務保障，讓學生對其有更加感性的認識，使其對于戰時保障的模式和方法更熟悉。另外，隨著我國參與國際事務越來越多，聯演聯訓也隨之增多，經常需要趕赴非駐地機場執行任務。增強現實技術可以運用到學生對新環境的熟悉與新任務的學習中來。

3 結束語

隨著近年來增強現實技術的發展，其在各個領域得到了應用。本文對其在航空維修技能教學訓練中的應用進行了初步研究。可以看出，引入增強現實技術將會對航空維修技能教學訓練帶來一系列變革，不僅會改進原有教學模式，也將會增強教學效果，滿足人才培養的需求。

［1］胡小強.虛擬現實技術基礎與應用［M］.北京：北京郵電大學出版社，2009.

［2］劉建新，劉旺盛.虛擬現實技術在軍事教育訓練中的應用［M］.吉林：吉林人民出版社，2006.

［3］張洪波.增強現實技術在教學中的應用研究［D］.開封：河南大學，2012.