VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在新能源汽車教學中的應(yīng)用

張威

摘要：如今，新能源汽車的發(fā)展非常迅猛。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，當前新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正處于中國汽車產(chǎn)業(yè)崛起的重要戰(zhàn)略機遇期?；诖?，本文首先分析了VR技術(shù)，隨后從三個方面分析了VR技術(shù)在新能源汽車教學中的應(yīng)用，以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);新能源汽車;教學應(yīng)用

中圖分類號：G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0236-02

0? 引言

據(jù)統(tǒng)計，自2016以年，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)量超過一百萬輛，連續(xù)兩年居世界第一。由于目前中國新能源汽車的普及率還不到百分之三，因此在下一個發(fā)展階段仍有很大的提升空間。根據(jù)有關(guān)機構(gòu)預(yù)測，到2021年，中國新能源汽車的銷量將超過三百萬輛，并且未來的年增長率還將有所提高，將超過百分之四十五。在新能源汽車技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，我國政府還出臺了相關(guān)的制度來幫助改善新能源汽車發(fā)展面臨的各種不足。

1? VR技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實的概念

VR是虛擬現(xiàn)實的英文縮寫，是20世紀后期出現(xiàn)的一種新型的綜合信息技術(shù)，這種技術(shù)可以為用戶創(chuàng)建一個虛擬的接近真實的環(huán)境，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門基于多種信息技術(shù)學科的交叉學科，例如數(shù)字圖像處理、計算機模擬技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機圖形學等，它是一種計算機生成的高科技虛擬仿真系統(tǒng)。

這種技術(shù)最早創(chuàng)造于美國，早先都是用于美軍的軍事訓練之中。隨后虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸開始出現(xiàn)在人們的視野中。隨著21世紀的到來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)開始滲透到生活的各個領(lǐng)域。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到其他行業(yè)之中，比如醫(yī)療以及游戲行業(yè)等，并且在行業(yè)中的應(yīng)用效果非常好，該行業(yè)已被廣泛使用[1]。許多年輕人第一次聽說或接觸到VR技術(shù)，都是因為游戲，這也是因為國內(nèi)外許多大型游戲公司都在積極開發(fā)大多數(shù)年輕人喜歡的虛擬現(xiàn)實游戲。

1.2 VR應(yīng)用開發(fā)軟件

Photoshop在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設(shè)計過程中是非常重要的軟件，它的主要功能應(yīng)用是處理數(shù)字圖形和圖像。這個軟件具有優(yōu)秀的圖像處理功能，并可以在圖像處理中實現(xiàn)剪切、壓縮、色彩校正等功能。我們參與的虛擬現(xiàn)實項目在初步準備階段需要大量數(shù)據(jù)收集，包括對汽車的整個結(jié)構(gòu)和所有部件進行拍攝，汽車培訓車間以及使用專用工具進行汽車拆裝。拍照后，可能會出現(xiàn)質(zhì)量問題，例如圖像清晰度不足，曝光不足以及構(gòu)圖不正確。使用Photoshop修復(fù)，縮小或裁剪問題圖像。第二個Photoshop軟件也是模型映射的重要工具。所謂的模型映射是指用顏色和紋理覆蓋3D模型的表面，以滿足模型材料的表面要求。在整個開發(fā)過程中都有幾個消息框[2]。換句話說，此處討論的GUI（圖形用戶界面）布局也必須在Photoshop中進行渲染。

2? 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在新能源汽車教學中的應(yīng)用

在國內(nèi)外的整體發(fā)展研究中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已被應(yīng)用到許多領(lǐng)域，例如游戲和醫(yī)學領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，但很少用于教育和教育。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，我們必須創(chuàng)新地將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與新能源汽車的專業(yè)培訓相結(jié)合，并創(chuàng)造性地提出一種新的教育模式，即“理論，虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合”，并設(shè)計開發(fā)一套“新能源汽車VR教學系統(tǒng)”（如表1所示）。

2.1 新能源汽車教學系統(tǒng)的應(yīng)用

新能源汽車虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)主要有四個方面：新能源汽車結(jié)構(gòu)識別，新能源汽車運行原理，新能源汽車性能測試，新能源汽車技術(shù)教育。每個項目都與新能源汽車的基本流程密切相關(guān)。新能源汽車結(jié)構(gòu)識別項目主要通過分解視圖解決結(jié)構(gòu)，核心零件和汽車零件的認知問題。用戶可以通過面向行動的教育系統(tǒng)交互式地識別觀察對象。指導(dǎo)學生制定計劃以了解純電動汽車的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，適當使用個人防護設(shè)備和新能源汽車工作場所，并學習新能源汽車應(yīng)對電擊和火災(zāi)的能力[3]。

新能源汽車的工作原理項目主要是展示新能源汽車的各個系統(tǒng)或各個組件的工作原理，例如：減速時的能量流，可以360度觀看工作原理的演示。新能源汽車性能測試主要用于在各種工作條件下測試新能源汽車的工作性能。學生通過教學系統(tǒng)與實驗車輛互動，并通過諸如：發(fā)動機超速實驗之類的實驗來演示車輛的性能，新能源汽車技能培訓項目主要使用該教學系統(tǒng)。使學生能夠在虛擬環(huán)境中進行零件拆卸、組裝、零件更換、維護和檢查的交互式組裝和操作培訓。

技能訓練包括以下模式：一是訓練模式，二是自由導(dǎo)航模式，三是評估模式。在培訓模式下，學生將根據(jù)機器人的指示在虛擬培訓環(huán)境中重復(fù)進行技術(shù)培訓，并遵循標準操作程序。作業(yè)出錯時，機器人會迅速記住并糾正錯誤的作業(yè)。技術(shù)培訓主要包括純電動汽車電池和電池管理系統(tǒng)的拆卸和檢查，純電動汽車電機和變速箱系統(tǒng)的拆卸和檢查。在評估模式下，學生可以在真實環(huán)境中輕松操作新能源汽車的虛擬現(xiàn)實設(shè)備。評估過程實際上是在虛擬教育環(huán)境中重現(xiàn)準確和標準化的操作程序?？梢栽谔摂M培訓環(huán)境中執(zhí)行操作程序和最終評估結(jié)果。方便存儲、處理和重復(fù)循環(huán)播放。

2.2 VR教學方式

計算機模擬教學，計算機模擬的教學主要涉及使用軟件和人機對話來虛擬化學習對象的狀態(tài)和操作，這些對象主要以音頻、文本、圖像和視頻的形式顯示。在教學過程中，主要目的是通過專業(yè)的工程案例，以音頻、文本、圖片和圖像的形式為學生建立虛擬的教學環(huán)境，學生將在這種情況下進行探索和學習。另外，可以使用計算機虛擬化來制造肉眼無法識別到的微小顆粒[4]。

虛擬互動學習，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了學生在教學中的交互式虛擬學習目標。生動逼真的虛擬現(xiàn)實場景使學生能夠在虛擬世界中獨立探索和學習，這不僅為他們提供了無限的想象空間，而且他們的思維也不會受到外界因素的限制。在虛擬現(xiàn)實場景中與不同的人在一起?；咏涣鞑粌H豐富了學習資源，而且豐富了學習內(nèi)容。

2.3 新能源汽車虛擬現(xiàn)實教學系統(tǒng)應(yīng)用策略

新能源汽車具有高壓系統(tǒng)，由于不正常的操作，很可能會導(dǎo)致觸電，從而造成人身傷害甚至死亡。新能源汽車虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)可以無限制地模擬和再現(xiàn)虛擬空間中高壓的真實價值，并且學生可以根據(jù)需要在不同的虛擬環(huán)境下進行操作，可以指導(dǎo)學生按照其職位的法規(guī)和標準程序進行操作，并可以引導(dǎo)學生進行標準化操作以防止傷害和死亡[5]。

在工作流程和控制策略方面，新能源汽車系統(tǒng)相交傳統(tǒng)汽車更加復(fù)雜抽象。使用常規(guī)的教學方法，學生無法更快，更清楚地理解這些知識。新能源汽車的虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)使學生能夠在虛擬教育環(huán)境中更實際地觀察各種工作條件下各種系統(tǒng)的工作過程和控制原理。

在評估模式下，系統(tǒng)會隨機選擇評估問題，教師可以實時監(jiān)控學生的操作行為。這樣，可以評估學生的熟練程度，并且系統(tǒng)可以根據(jù)任務(wù)的準確性和速度向?qū)W生發(fā)出警報，并通過提醒他們?nèi)蝿?wù)中的異常情況對他們進行評分。

培訓設(shè)備是新能源車學習必不可少的硬件設(shè)備。各種專業(yè)培訓的進行應(yīng)在專業(yè)培訓場所進行。隨著國家職業(yè)教育改革的不斷深化，高職院校培訓教育中心的建設(shè)和投入也在增加。但是，對于新能源汽車教學培訓來說，這是非常具有專業(yè)性的工作，因此有必要購買大量的專業(yè)培訓設(shè)備并建立標準的培訓場所，同時需要持續(xù)的資金投入來維護教育培訓設(shè)備。做吧顯然，這些增加了職業(yè)學院的財務(wù)負擔。但是，虛擬現(xiàn)實教育系統(tǒng)可以通過創(chuàng)建幾乎與真實環(huán)境沒有區(qū)別的虛擬工作區(qū)來解決這兩個問題。通過計算機建模和仿真創(chuàng)建了虛擬培訓講習班和專門的培訓設(shè)備，因此不需要維護。其他要求可以通過計算機直接修改或添加。學生可以隨時隨地使用該系統(tǒng)進行技術(shù)培訓，從而消除了時間和空間的限制，節(jié)省了大量時間，并大大降低了培訓成本[6]。

與傳統(tǒng)上繁瑣的實踐培訓相比，這種教育系統(tǒng)更加靈活多樣，可以根據(jù)不同的需求來設(shè)置不同的教學環(huán)境，從而可以更有效地促進知識表達，并建立良好的學習環(huán)境場景。對于提高學生的學習體驗，特別是在疫情常態(tài)化防控背景下的學習體驗具有重要的意義，學生可以沉浸在其中，真正地實現(xiàn)“邊工作邊學習”的高效模式，提高學習內(nèi)容的觸及感、形象性和生動性，使教育和教學過程變得更加有趣，能夠有效地激發(fā)學生的學習熱情，同時極大地提升了學生的學習效率。

3? 新能源汽車VR教學系統(tǒng)的優(yōu)點

新能源汽車指的是電力汽車。電力汽車一般都會配備高壓系統(tǒng)。此外，新能源汽車VR教育系統(tǒng)在教學當中受到的限制比較少，不同學習能力的學生都可以在VR教學系統(tǒng)當中去完成模擬訓練，這對于學生后期的職場工作有著重要的作用。在此之前，中職院校的學生只能通過想象、企校合作等其他方式去獲取訓練機會，并且常規(guī)的訓練方式對于學生的操作和能力有很大的要求，學生很難在課堂上去學習到更多的實操經(jīng)驗。VR是通過信息技術(shù)和計算機技術(shù)所呈現(xiàn)出的一種比較逼真的5D場景，這種技術(shù)還可以從根本上提高學生的學習興趣，為學生提高一個獨立的學習空間。除此之外，教師還可以通過VR教學系統(tǒng)去實施檢測學生的操作步驟，如果學生操作有誤那么系統(tǒng)會直接提醒，方便教師的引導(dǎo)和學生的學習。培訓車間是新能源汽車專業(yè)的必備硬件，因此職業(yè)學院必須安排培訓場所。同時，隨著新能源汽車行業(yè)對培訓班的要求越來越高，資金投入也在增加。因此，近年來，越來越多的職業(yè)使用VR教育系統(tǒng)來創(chuàng)建真實的教育環(huán)境。

4? 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用在新能源汽車教育，極大地提高了教育的專業(yè)性與信息化程度，促進了職業(yè)教育模式的新一輪改革，拓寬了新能源汽車教學內(nèi)容的廣度和深度。通過引入專業(yè)化的教學方式，可以增加學生的參與度和學習興趣。同時，可以提高學生的專業(yè)技能和專業(yè)素質(zhì)，優(yōu)化評估方法，并降低培訓的設(shè)備成本和安全風險。我們相信，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，將使虛擬現(xiàn)實技術(shù)在新能源汽車教育和教學中的應(yīng)用越來越豐富和完整。

參考文獻：

[1]王澤森，申榮衛(wèi).VR技術(shù)在新能源汽車專業(yè)教學中的應(yīng)用與研究[J].職業(yè)，2020（04）：96-97.

[2]陸展.虛擬仿真軟件在新能源汽車運用與維修專業(yè)教學中的應(yīng)用探討[J].時代汽車，2019（12）.

[3]袁敏，王振玉，楊斌，等.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的新能源汽車實踐教學研究[J].教育現(xiàn)代化，2019（55）.

[4]姚艷南.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在新能源純電動汽車汽修教學培訓中的應(yīng)用[J].汽車工業(yè)研究，2020（001）：53-56.

[5]王嘉，黃如君.信息化技術(shù)在《新能源汽車驅(qū)動電機與控制技術(shù)》教學中應(yīng)用的研究與實踐[J].科技視界，2019（22）：181-182.

[6]王麗霞，陳禮輝，黃森慰，等.虛擬仿真技術(shù)（VR）在“光伏系統(tǒng)原理與技術(shù)”教學中的應(yīng)用研究[J].電子測試，2019（18）.