VR技术在焊条电弧焊教学中的应用

李子炎　王建明

摘 要：将VR技术引入焊条电弧焊教学能够使理论与实践结合，极大提升教学效果和教学资源利用率。

关键词：焊条电弧焊；VR技术

随着现在社会的不断发展，信息技术的提高日新月异，VR技术已经逐渐走入到人们的生产、生活、学习当中。焊条电弧焊作为一门实践操作性非常强的焊接专业课程，为了能够将现代教育技术与现代教育相结合，将理论教学同实践结合起来，将VR虚拟现实这种技术引入到手工电弧焊教学中来，是一个不错的切入点。

1 焊条电弧焊的教学特点

焊接是通过加热或高温高压等方法来使金属材料或其他热塑性材料接合的加工工艺及技术。是一门涉及物理、化学、材料学等多学科的专业知识。同时是一门实践性很强的专业。焊条电弧焊是焊工手工操作焊条进行焊接的加工方法。是焊接专业学习中的一门非常基础的专业课。因此在传统的教学模式中，除了教师在课堂上对手工电弧焊的理论原理进行讲解外还需要安排一定的实践教学环节。

然而传统模式中的实践教学有着设备投入成本问题，设备、场地有限，无法同时满足数量较多的学生同时实践练习，教师无法对学生的实践时的细节进行同步指导以及实践教学中可能存在的安全问题。

2 VR技术的引入

2.1 VR技术的特点

VR，全称“virtual reality”也叫虚拟现实技术，它是一种可以创造并体验虚拟环境的计算机仿真系统。它能在多维的信息空间中创立出一个虚拟场景，能够全方位调动体验者的视听感觉、触嗅感觉、使其有身临其境的体验。VR技术除了计算机领域外，已经应用于更多的领域，如远程会议、影音视听、游戏娱乐、科学研究、教育教学等等。

VR虚拟现实技术应用在教育领域更容易通过心理沉浸的感觉激发学生的学习兴趣，它是通过计算机生成一个虚拟的实践环境，能够将多种源头的信息进行融合、交互，可以使学生沉浸到这个虚拟的实践场所中来，加强学生的学习体验，打破教学空间局限，实现情境再现。

2.2 引入VR技术的必然

VR虚拟现实技术可以通过综合利用计算机图形、仿真、传感、显示等技术创立出一个虚拟的实践场所，可以借助头盔、手柄等交互式仿真设备让学生在虚拟的环境下进行学习。理想状态下的高仿真性甚至会使学习者有真假难辨的感觉。这种虚拟现实教学环境可以打破学习空间的局限性，提高教学资源的利用效率。可以让学生可以在家中或者户外随时随地感受到在课堂上接受老师传递知识的过程，或者是在任何非实践场所能够体验到实践操作的学习过程并且参与其中。与现实环境下的实践操作相比，凭借VR技术，学生可以根据自身的学习进度与程度，在学习时通过使用头盔或者手柄控制，针对性的选择教师给予专门实践指导还是理论讲解，不会因为上课时人多就无法得到教师的专门细致讲解。而且在反复针对需要提高的环节进行针对性的学习训练后，能够提高自身的操作水平。此外，在虚拟学习环境中，实践操作的安全性远远超过实际中实践操作的安全性，虚拟学习环境中的实践过程安全可靠，能够远离焊接时产生的声、光、电污染。学生可以在练习中心平气和的进行操作，不带着实践安全的心理压力，更容易完成操作细节技术的锤炼。此外，VR虚拟现实技术还可以节约教学实践成本的投入，避免了频繁更新设备、更换材料以及实践场地维护而带来的高成本。综合以上VR虚拟现实技术的特点，将其引入焊接专业课的教学是时代发展、科技进步的必然。

3 焊条电弧焊VR课程的设计

3.1 理论教学模块的录制

首先对课程内容进行编排，每一章节的内容都根据知识点进行拆分独立制作模块，可以方便学生在使用时对知识点的选择。将教师在进行理论教学环节时的全过程录制下来，作为素材备用。

3.2 实践教学模块的录制

根据实践教学大纲，划分教学要点，将动作要点也按重要级别进行分类，便于模块的分类录制，根据要求，使用较高精度VR摄像机将教师在讲解实践教学环节的全过程录制下来，作为素材备用。录制时的重点为实践操作时工件与焊条之间的相对位置，运条时的手部动作以及焊条的运动轨迹。这种素材在学生学习时可以根据自身需要调节播放的速度、画面角度、距离，可以更好的掌握焊条电弧焊的技术要点。

3.3 焊条电弧焊焊接过程模型的制作

使用Maya软件将进行手工电弧焊时所用到的所有工具设备建立模型，将其渲染成非常逼真的虚拟工具/虚拟设备。根据实际情况下的焊接过程，将虚拟工具及设备进行动画的制作，并且添加必要的虚拟焊接效果。

3.4 VR课件的合成与输出

将理论教学模块，实践教学模块及焊条电弧焊焊接过程模型导入到VR制作软件VRPBuilder中。在VRPBuilder制作软件中进行动作，事件和场景的设置。进行交互式的设计制作。通过动作设置能够让焊把、焊条等进行移动，旋转，视角缩放与切换。能够通过语音或特定的动作对事件触发，会有相应问题的解答弹出，并且伴有视频及动画演示播放。在实践操作进行过程中，针对不同的时点，根据课程要点添加及相应的动作添加对应的焊接实践效果。最后，设置完毕，输出完成VR课件。

3.5 VR課件的维护更新

在VR课件投入使用后，难免会有一些问题的遗漏，这样就需要在课件的使用过程中，不断发现问题，改进并维护更新，以期达到更好的教学效果。

4 结语

技术的革新推动着时代的发展，VR虚拟现实技术的发展成熟使得焊接专业这种实践操作比重很大的学科能够将理论教学与实践教学紧密的融合起来，能够激发学生的学习热情，提高教学资源的利用效率，增强教学效果，高效的传授知识，为社会、为国家培养更多的焊接人才。

参考文献：

[1]肖伟才.理论教学与实践教学一体化教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2011，04.

[2]孔谅，吴毅雄，陆皓，金鑫.虚拟焊接制造系统集成仿真方法[J].焊接学报，2005，01.