基于增强现实技术的航空维修技能教学研究

发布来源：发布时间：2018/03/23点击量：1465

基于增强现实技术的航空维修技能教学研究

代云霏

（空军工程大学航空机务士官学校，河南 信阳 464000）

摘  要：从传统的航空维修技能教学不足引出了增强现实技术，对增强现实技术的发展进行了简要分析，重点阐述了增强现实技术相比于传统航空维修技能训练方法的优势，主要包括贴近部队、沉浸感强、实现排故和节省费用，并对其在航空维修技能教学中的应用提出了发展建议。

关键词：航空维修技能；教学训练；VR；教学器材

中图分类号：G434              文献标识码：A      DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2018.05.052

    航空维修技能教学是连接院校教学与实际任职岗位的重要纽带，随着航空兵装备的快速更新和维修保障模式改革的不断推进，传统教学的弊端也日益凸显，主要表现在以下几个方面：①装备更新换代较快，新装备教学器材难以满足训练需求；②开发针对机型的实体模拟器教学设备研制周期长、成本高，无法与实装保持同步；③现有装备教学缺乏沉浸感的场景以及交互式的学习模式，无法满足排故教学需求。因此，需要寻找一种新的手段来改进现有的装备维修教学。

1  增强现实技术概述

增强现实（Augmented Reality，AR）技术，是综合运用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、网络技术等，将虚拟物体及提示信息实时叠加到真实场景中的技术。AR系统通过对使用者头部位置以及姿态的跟踪，将虚拟信息注册到真实场景中，在头戴式显示设备中显示，实现虚拟信息与真实世界信息的融合，两种信息相互补充、叠加，达到增强现实场景、超越现实感知的目的。

1.1  增强现实技术的发展

增强现实技术的概念最早提出在20世纪90年代初的美国，集中在军事训练领域。但由于受制于技术的发展并没有大规模推广。随着计算机信息技术发生翻天覆地的变化，通过对基于视觉的增强现实技术进行了一系列研究，AR技术已经在军事、医疗、工业、文娱等领域广泛使用。增强现实技术研究主要涉及近眼显示、渲染处理、感知交互、网络传输等技术。

1.2  增强现实技术的优势

传统装备教学训练方法主要是教师利用课堂授课，在实装上演示操作，辅助幻灯片、教学片教学，学生通过对书本知识、技术文档的消化吸收以及在实装上进行操作训练等手段来完成。随着装备的更新换代速度越来越快，由于种种原因，院校的实装配发不及时，且配套器材设备少，因此，发展出了利用模拟训练器来辅助教学。

通过模拟训练器辅助教学在一定程度上打破了实装不足造成的训练困境，但通过一段时期的使用，发现存在不少问题。使用增强现实技术辅助教学训练一方面可以克服这些问题；另一方面，它也有自己的技术优势，主要表现在以下几个方面：①增强现实技术相比传统模拟器材更加贴近实际。传统模拟器材运用最多的集中在较为简单的基本维修技能训练，比如机械专业的打保险丝和开口销练习架，特设专业的通电检查，电子专业的电缆制作等。但实际上这与实际装备联系得并不紧密，可能只是模拟部分程序或者局部操作，无法模拟更加贴近部队实际的工作情况。增强现实技术可以显示非常复杂的线路、管路，基本能够模拟全过程，以及精细化的拆装、操作。②增强现实技术教学场景沉浸感更强，交互式也更完善。如何激发学生的学习兴趣，充分发挥其在教学中的主体地位一直是教师教学过程中努力的目标。相比于传统模拟训练，采用增强现实技术之后仿真度更高，这样学生学习兴趣也会增大。此外，交互式的学习模式与即时的评价方式也颠覆了学生以往的学习体验，将会大大提高学习效率与学习质量。③增强现实技术满足排除故障的学习和考核需要。现有的教学手段中，排故的学习和考核基本上是“空对空”，文字对文字，在实装上和模拟练习器上进行不了模拟排除故障训练。采用增强现实技术后，可以通过设置故障现象及排除方法进行交互式的学习，让排故学习变得更容易。④增强现实技术可以降低训练损耗与费用。

2  增强现实技术的应用

国外很早就实现了利用AR技术在航空装备领域实现线路的装配维修。根据报道，DART 510发动机应用增强现实技术后维修时间可缩短56%，在技能训练中，国外开发了多种基于增强现实诱导的维修系统，可以在立体视频图像上添加虚拟图形增强效果，可以增强显示飞机的框架结构线，利用增强现实技术对机械模型注解。我国的AR技术发展晚于国外，研究集中在几所高校和研究所，在航空装备维修技能教学训练的应用上处于初级阶段。当前，学校的任职教育教学走向深化阶段，采用增强现实技术的教学手段，后续的发展可以从以下几个方面展开。

2.1  强化单人装备维修技能训练

现有的装备维修技能教学中，学生对教师的依赖程度较高。在这样传统的以教师为主体的教学模式下，教师是课堂的主宰，但这样的课堂缺点也很明显，教师的表达能力、教学经验直接决定了学生学的好与坏。通过增强现实技术的引进，可以减少这种问题。增强现实技术的课堂应用与教师的课堂讲解互为补充，生动形象的教学打破了以往灌充填鸭式的教学，最明显的进步就在于能使每名学生的学习积极性得到提升，自主学习的意识得到增强。通过“浸入式”的体验学习，学生在实习操作的过程中能得到最标准、最形象的指导，必将提升其装备维修技能。

2.2  开展大科目维修协同模拟训练

在大科目协同训练中，每名学生需要对自己承担的任务做到非常熟练，否则将会影响整体实习任务的完成效果，比如在发动机试车过程中的人员分工配合、在起落架收放检查过程中人员的协同配合等。引入网络化的增强现实技术以后，可以在展开大科目实习以前进行模拟协同训练，在模拟训练时设置角色，并展开讨论与学习。并能够让学生体验不同角色，使之能够胜任各个分工岗位。同时，教师也能够以“观察者”的身份参与进来，在必要时进行指导。模拟协同训练之后再进行实装合训，这样既保证了安全，也提高了效率。

2.3  战时航空机务保障训练

战时航空机务保障训练教学以往只能在理论中学习，引入增强现实技术后，可以结合机场虚拟现实三维模型来模拟战时的航空机务保障，让学生对其有更加感性的认识，使其对于战时保障的模式和方法更熟悉。另外，随着我国参与国际事务越来越多，联演联训也随之增多，经常需要赶赴非驻地机场执行任务。增强现实技术可以运用到学生对新环境的熟悉与新任务的学习中来。

3  结束语

随着近年来增强现实技术的发展，其在各个领域得到了应用。本文对其在航空维修技能教学训练中的应用进行了初步研究。可以看出，引入增强现实技术将会对航空维修技能教学训练带来一系列变革，不仅会改进原有教学模式，也将会增强教学效果，满足人才培养的需求。

参考文献：

［1］胡小强.虚拟现实技术基础与应用［M］.北京：北京邮电大学出版社，2009.

［2］刘建新，刘旺盛.虚拟现实技术在军事教育训练中的应用［M］.吉林：吉林人民出版社，2006.

［3］张洪波.增强现实技术在教学中的应用研究［D］.开封：河南大学，2012.

〔编辑：张思楠〕

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本文已公开发表在《科技与创新》杂志2018年第5期