VR 技術在汽車噴涂課程的應用

周康震

江蘇省連云港工貿高等職業技術學校 江蘇省連云港市 222000

高職院校汽車實踐類課程教學存在教學成本過高，安全隱患較多的問題，一部分職業院校實踐設備較為落后，最終的演示效果不理想。汽車噴涂課程的重點教學內容是汽車車身的修復與涂裝工作，在教學設計階段將車身表面預處理、面漆噴涂、車身修正等眾多內容整合到一起，為了滿足學生的實踐需求，需要改變傳統的實訓模式，將VR 技術在汽車噴涂課程中進行有效應用。本文主要分析了汽車教育領域常用的VR 技術類型，并對VR 技術在汽車噴涂專業教學中的應用進行了綜合探討，全面提高高職院校汽車噴涂教學質量，滿足素質教育的根本需求，注重學生專業技能的培養。

1 汽車教育領域的VR 技術類型

虛擬現實技術簡稱VR 技術，是以計算機為核心在現代化領域得到廣泛應用的新型信息技術，其主要功能有三維圖形、多媒體技術、仿真模擬技術、通信技術、傳感技術等。將多元化的技術成果整合到一起，通過計算機設備展現出逼真的虛擬世界，在教育領域的有效應用，能夠根據教師設置的教學流程，讓學生產生身臨其境的操作感。學生在專業技能培訓的同時，觀察虛擬的汽車結構以及在噴涂模擬階段物體的變化，通過真實的交互動作，感受虛擬世界帶來的獨特體驗。

1.1 桌面式

桌面式VR 技術，是在移動終端平臺下通過桌面顯現出的虛擬技術，利用終端圖形和顯示器，將虛擬場景展現在學生面前，桌面式VR 技術屬于基礎類VR 技術，其設備采購成本較低，整體結構十分簡單，在教育領域得到廣泛應用。只需要在PC 平臺進行軟件安裝，就可以自主完成VR 系統的啟動，向學生展示汽車的3D 模型，并根據汽車噴涂課程的教育需求，為學生提供功能實踐平臺，學生只需要通過鼠標、鍵盤等基礎硬件操作，就能夠完成與虛擬場景之間的互動。

1.2 沉浸式

沉浸式VR 系統要求學生佩戴頭盔顯示器，或憑借封閉式VR 設備獲得獨特的感官體驗，為學生創造一個虛擬化的實踐空間，汽修專業的學生在噴涂學習和真實噴涂場景體驗階段，利用VR 技術進行沉浸式的實驗操作。根據學生的表現重復進行車輛噴涂訓練，在沉浸式的VR 技術模擬場景中掌握復雜的噴涂流程，新穎的教學空間能夠讓學生產生濃厚的實踐興趣，按照規范化的實踐步驟進行噴涂操作，豐富學生的知識儲備。

1.3 增強式

增強式VR 系統需要在真實的實踐環境基礎上，對虛擬對象進行疊加處理，讓廣大學生在體驗真實世界的同時，觀察疊加的虛擬對象，汽車專業的學生在增強式VR 系統體驗階段，需要佩戴VR 眼鏡，將電腦與汽車自動化技術實踐平臺進行有效連接。從汽車噴涂的角度觀察疊加色彩圖像，劃分重點實踐區域，選擇合適的噴涂工具，不斷調整噴涂流程，增強式VR 系統對學生車輛噴涂過程進行引導，增強學生對實踐操作流程的了解。

1.4 分布式

分布式VR 系統的應用優勢就在于，可以通過網絡將多個用戶連接到一起共同體驗虛擬世界，是線上課程不可多得的實踐教學工具，教師能夠利用課后時間通過網絡觀察學生的教學任務完成情況。分布式VR 系統在高職汽車噴涂過程中的應用，通過開展遠程教育提供技術指導，將其與微課、慕課的線上教學模式進行有效結合。讓不同地區、不同環境下的學生，都能夠接受教師的實踐技能指導，整合現有的教學資源，為學生帶來新奇的實踐體驗。

2 汽車噴涂課程應用VR 技術的重要性

2.1 進一步落實項目教學法

汽車噴涂課程教學中涉及到的實踐教學內容較多，通常采用項目教學法與任務驅動教學法相結合的教學方式，VR 技術的有效應用堅持以任務教學為驅動，觀察學生的實踐教學表現，并在恰當的時機提出實踐任務，要求學生自主參與的實訓練習中。在學校搭建VR 技術為基礎的實訓教學平臺，將教學內容分為汽車維護、噴涂操作、注意事項三個輔導部分，分別設置不同的教學任務，采用闖關式訓練方法，要求學生在完成任務后才能開啟下一階段任務。打破傳統教學存在的時間與空間限制，利用虛擬環境中提供的視頻、圖片等信息，加強學生對噴涂技術的了解，激發學生的創新思維。

例如：在底漆、膩子施工的過程中，按照涂裝要求將訓練區域劃分為車架噴涂、骨架噴涂、車身部件噴涂等，車架、骨架和一部分零件不需要進行膩子處理，只需要簡單的清潔后，就能夠完成噴涂作業。汽車外表面底漆、膩子施工，主要采用噴涂底漆或涂刷的方式做好金屬表面的防腐和防銹工作，熟練的掌握膩子涂刮、打磨方法，分別模擬手工打磨和機械打磨技巧，讓學生通過重復多次的訓練，獨立完成大平面的打磨工作。在完成第一道膩子工序后，要求學生進行填平低凹處訓練，并按照要求進行第二層膩子打磨，以此為基礎有序的開展第三層、第四層膩子打磨訓練，直到學生充分掌握底漆膩子施工技巧。

2.2 反復操作強化學生的專業技能

在汽車噴涂課程教學開展的過程中，相關設備的使用和資源的消耗是重點教育內容，由于現代化設備更新換代速度較快，高校無法向學生不間斷的提供新技術設備。VR技術的有效應用有效解決噴涂設施落后問題，虛擬化教學場景的創建可以適當的忽略設備數量和資源消耗，保證學生在汽車噴涂中的人身安全，通過反復多次的項目訓練，提高實踐操作熟練度。VR 技術與任務教學法進行有效結合，激發學生的參與積極性，降低學生在虛擬操作階段的失誤率，全面提高教學成效。

2.3 提高學生的職業意識

知識時代各行各業人才培養強調個人職業能力的提升，汽車噴涂對汽車領域的人才有著特殊技能要求，VR 技術在實踐教學中的有效應用，需要注重學生創新創造能力的培養。只有具備較高的職業意識和職業能力，才能夠在今后的崗位實踐過程中融入各項專業技能，潛移默化提高個人職業素養，滿足現代化汽車行業對高素質技能型人才的培養需求。VR 技術與實踐教學內容相輔相成，虛擬場景的構建能夠加強學生之間的通力合作，并在教師的指導下形成完整的任務鏈。

3 VR 技術在汽車噴涂課程的應用

3.1 VR 技術在理論教學中的應用

在汽車噴涂專業教學開展的過程中，為了提高學生的參與積極性，教師通常選擇大量的圖片和動畫，對復雜的工藝流程進行多媒體演示，讓學生能夠了解汽車車身的整體結構以及噴涂所采用的各類設備。資金雄厚的高校會采購汽車設備，讓學生仔細觀察車身的主體構造，明確噴涂過程中的注意事項，由此可見，學生對噴涂課程中所提及到的理論知識內容了解不足，課堂講解形式過于枯燥。VR 技術的有效應用，可以憑借計算機3D 圖形技術和仿真模擬技術，將汽車噴涂專業所采用的各類設施進行詳細介紹，學生只需要通過鼠標、鍵盤等計算機外設，或通過VR 設施進行虛擬設備操作，在噴涂模擬階段觀察汽車的整體結構和噴涂細節，最終得到的實踐效果與現實環境下汽車噴涂效果一致。學生可以在觀察實踐中結合教師講解的理論知識，對汽車噴涂流程有一個清晰認識，讓學生獲得真實的感官體驗，提高實踐教學成效。

3.2 VR 技術在實踐教學中的應用

汽車噴涂課程中的實踐知識有：汽車車身修復與涂裝、表面預處理、底漆膩子施工、面漆噴涂、漆膜拋光等等。實踐技能培養是汽車噴涂專業不可或缺的關鍵性教育手段，主要目的是增強學生的動手能力和理論知識應用能力，在實踐過程中掌握噴涂的基本技巧。高職院校正不斷增加實訓課程的課時比重，VR 技術在汽車噴涂課程中的有效應用，能夠彌補傳統教學場地、設備的欠缺，激發學生的參與熱情。VR 技術可以模擬汽車噴涂過程，在實驗階段為學生帶來身臨其境的操作體驗，并與學生進行知識、技能交流，有效解決在培訓階段學生面臨的各類操作風險。學生在噴涂階段可以從多個角度觀察汽車整體結構，通過計算機技術的有效應用，對噴涂過程和設備使用進行綜合指導，學生通過反復訓練，熟悉汽車噴涂各環節之間的內在聯系。

例如：在涂裝前車身表面預處理的過程中，作為汽車噴涂課程的重要環節，為了保證噴涂后的漆膜能夠適應不同的物理環境，需要在仔細對比涂料性能和質量的同時，做好噴涂前金屬表面的處理工作。清除裂紋、起泡的舊漆，汽車經過長時間的使用，會受到自然環境的影響，舊涂膜會出現龜裂、脫落等現象。在車身修理階段可以通過拷補和氣焊等方式對損傷部位進行修復，舊涂膜的清除程度根據噴涂質量要求，分別采取全部清除和部分清除的決策。通過VR 技術建立虛擬化實踐場景，分別讓學生體驗手工清除法、火焰燒鏟法、化學清除法、機械清除法、燒堿清除法等方式的呈現效果，在實訓項目考察階段要求學生根據噴涂要求和汽車車身的損壞情況，選擇合適的噴涂技巧，全面提高學生的實踐探究能力和技術分析能力。

3.3 仿真教學與模型演示

VR 技術在汽車噴涂課程中的有效應用，能夠潛移默化的提升學生的自主創造能力和動手實踐能力，教師可以根據實際教學情況，有針對性的安排教學內容，移動端仿真教學指的是學生利用電腦、iPad 安裝教學軟件，通過軟件的交互功能在系統內部完成場景模擬。對重點教學內容進行模擬實訓，結合圖片、視頻、聲音等虛擬化教學資料，設計出移動端專用實踐課件，借助計算機的便利性完成虛擬場景仿真。教學模型演示指的是利用VR教學系統中的模型板塊，在教學階段全方位的進行操作流程演示，明確個人在汽車噴涂操作階段存在的不足之處，模型演示能夠直觀的分析多元化汽車噴涂的方式，引導學生更好地掌握汽車噴涂的技巧和規律，加深學生對專業技能的認識。

4 基于VR 技術的汽車噴涂實訓平臺

4.1 虛擬化的情景感知

虛擬現實技術是在現代化科技的基礎上，充分運用傳感測量科技系統、仿真模擬技術、多媒體技術、可視化技術、人工智能技術、圖像處理技術建立虛擬化實踐場景。為學生帶來真實的實踐體驗。除此之外，利用識別設備了解學生在操作中獲得的觸覺感知、視覺感知等情況，運用先進的反饋技術明確汽車噴涂與學生主觀感知之間的交互關系，為學生帶來舒適的操作體驗。VR 技術的有效應用需要構建良好的實踐環境，讓學生了解汽車噴涂的整個流程，在教師的引導下，有針對性的開展與汽車噴涂相關的實踐任務，通過Web 技術環境對豐富的網絡數據資源進行有效應用，保障學生獲得豐富的實踐體驗，避免真實環境下受到的人為干擾，讓學生在虛擬教學環境下進行合作探究，堅持以學生為主體開展多元化實踐教學，并形成教師、學生、人機之間的多方位互動體系。

例如：在面漆噴涂教學開展的過程中，要求學生做好噴涂前的準備工作，對不需要噴涂的區域采用色彩覆蓋的方式進行封閉處理，根據制造廠標記的汽車顏色和現有的面漆品種，征求車主的個人意愿，選擇合適的面漆材料，并在稀釋后進行漆料過濾。在虛擬操作階段，由于車輛不同所選擇的面漆種類不同，根據系統提示觀察不同面漆形成的噴涂效果，嘗試分別采用醇酸磁漆噴涂工藝、硝基磁漆噴涂工藝等手法完成教師設置的實踐任務。按照噴涂均勻、光滑的施工要求，嘗試采用進口涂料進行噴涂施工，不同的噴涂手法和噴涂材料能夠展現出不同的成品效果，在虛擬場景下能夠分別體驗不同類型的噴涂技術，從中選擇適合項目要求的噴涂方式。

4.2 多元化的系統功能

VR 技術在汽車噴涂課程中的有效應用，需要教師在教學流程設計階段，充分了解虛擬現實技術平臺所包含的多元化系統功能，了解汽車的整體結構和外在配置，在虛擬體驗的過程中360°全方位展示汽車的面漆分布情況。教師在融合相關教學案例過程中，將有待修復的汽車模型立體化展現在學生面前，要求學生結合現有的知識儲備，分析需要采用的噴涂手法，充分發揮出虛擬現實技術所具有的功能作用。將VR 科技與實踐環境進行有效結合，為汽車噴涂服務提供基礎保障，從不同的角度進行技能分析，在虛擬技術平臺內部建立活動場所，主要負責對各項技術條件的模擬操作。向學生全方位展示汽車噴涂階段所采用的各類工具，結合汽車噴涂的工藝流程體驗關鍵性生產技術，結合實訓教材和汽車噴涂的操作條件，采用合適的VR系統功能，建立仿真模擬實驗室。利用仿真教學彌補傳統實訓教學經費不足、場地緊張等問題，降低汽車噴涂課程實訓成本，改善當前的教學現狀。VR 仿真系統要求學生在進入到互動界面后，通過旋轉、透視等基礎指令，深入了解汽車需要進行的噴涂區域，選擇合適的設備工具，根據教師提出的噴涂要求，詳細參考各項數據指標，制定出科學合理的噴涂方案，保證噴涂方案的科學性。

例如：教師在噴涂施工注意事項講解的過程中，需要在模擬實踐開展前標注好噴涂次序，保證漆膜的整體質量和最終的成品光澤，在車身噴涂階段發動機蓋、門的里層等區域噴涂作業十分困難。因此，要求學生先進行特殊區域的噴涂工作，教師在一旁進行實時指導，在噴涂門框時要求學生保持車門處于微微開啟的狀態，避免灰塵落入到外表漆面影響噴涂效果。在噴漆過程中噴涂順序為“汽車頂部-車門-車體”，完成噴涂后進行清理工作，等到車身的漆面處于干燥狀態時進行圖案清理。清理過程中避免出現漆膜損傷，通過教師的實時指導、學生的實際操作，加深學生對各項噴涂注意事項的了解，避免在未來工作崗位上出現操作失誤。

5 總結

VR 技術在汽車噴涂課程中的有效應用，能夠全面提高課堂教學成效，促進教學方式改革，整合豐富的教學資源，搭建互動式實訓平臺。常見的VR 系統有桌面式、沉浸式、增強式、分布式四種類型，通過模型演示和移動端仿真教學，能夠加強學生之間的互動合作，全面提高技能訓練效果，增強學生的職業意識。VR 技術在汽車教育領域的有效應用，與實踐教學要求相輔相成，能夠在提高學生參與興趣的同時，通過軟件交互設計，在虛擬化環境中引導學生積累豐富的實訓經驗。