基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的航空維修技能教學(xué)研究

代云霏

（空軍工程大學(xué)航空機(jī)務(wù)士官學(xué)校，河南 信陽(yáng) 464000）

航空維修技能教學(xué)是連接院校教學(xué)與實(shí)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(jìn)，傳統(tǒng)教學(xué)的弊端也日益凸顯，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①裝備更新?lián)Q代較快，新裝備教學(xué)器材難以滿(mǎn)足訓(xùn)練需求；②開(kāi)發(fā)針對(duì)機(jī)型的實(shí)體模擬器教學(xué)設(shè)備研制周期長(zhǎng)、成本高，無(wú)法與實(shí)裝保持同步；③現(xiàn)有裝備教學(xué)缺乏沉浸感的場(chǎng)景以及交互式的學(xué)習(xí)模式，無(wú)法滿(mǎn)足排故教學(xué)需求。因此，需要尋找一種新的手段來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的裝備維修教學(xué)。

1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)，是綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，將虛擬物體及提示信息實(shí)時(shí)疊加到真實(shí)場(chǎng)景中的技術(shù)。AR系統(tǒng)通過(guò)對(duì)使用者頭部位置以及姿態(tài)的跟蹤，將虛擬信息注冊(cè)到真實(shí)場(chǎng)景中，在頭戴式顯示設(shè)備中顯示，實(shí)現(xiàn)虛擬信息與真實(shí)世界信息的融合，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加，達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、超越現(xiàn)實(shí)感知的目的。

1.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念最早提出在20世紀(jì)90年代初的美國(guó)，集中在軍事訓(xùn)練領(lǐng)域。但由于受制于技術(shù)的發(fā)展并沒(méi)有大規(guī)模推廣。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)發(fā)生翻天覆地的變化，通過(guò)對(duì)基于視覺(jué)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行了一系列研究，AR技術(shù)已經(jīng)在軍事、醫(yī)療、工業(yè)、文娛等領(lǐng)域廣泛使用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究主要涉及近眼顯示、渲染處理、感知交互、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)裝備教學(xué)訓(xùn)練方法主要是教師利用課堂授課，在實(shí)裝上演示操作，輔助幻燈片、教學(xué)片教學(xué)，學(xué)生通過(guò)對(duì)書(shū)本知識(shí)、技術(shù)文檔的消化吸收以及在實(shí)裝上進(jìn)行操作訓(xùn)練等手段來(lái)完成。隨著裝備的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，由于種種原因，院校的實(shí)裝配發(fā)不及時(shí)，且配套器材設(shè)備少，因此，發(fā)展出了利用模擬訓(xùn)練器來(lái)輔助教學(xué)。

通過(guò)模擬訓(xùn)練器輔助教學(xué)在一定程度上打破了實(shí)裝不足造成的訓(xùn)練困境，但通過(guò)一段時(shí)期的使用，發(fā)現(xiàn)存在不少問(wèn)題。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)訓(xùn)練一方面可以克服這些問(wèn)題；另一方面，它也有自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相比傳統(tǒng)模擬器材更加貼近實(shí)際。傳統(tǒng)模擬器材運(yùn)用最多的集中在較為簡(jiǎn)單的基本維修技能訓(xùn)練，比如機(jī)械專(zhuān)業(yè)的打保險(xiǎn)絲和開(kāi)口銷(xiāo)練習(xí)架，特設(shè)專(zhuān)業(yè)的通電檢查，電子專(zhuān)業(yè)的電纜制作等。但實(shí)際上這與實(shí)際裝備聯(lián)系得并不緊密，可能只是模擬部分程序或者局部操作，無(wú)法模擬更加貼近部隊(duì)實(shí)際的工作情況。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以顯示非常復(fù)雜的線(xiàn)路、管路，基本能夠模擬全過(guò)程，以及精細(xì)化的拆裝、操作。②增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)場(chǎng)景沉浸感更強(qiáng)，交互式也更完善。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮其在教學(xué)中的主體地位一直是教師教學(xué)過(guò)程中努力的目標(biāo)。相比于傳統(tǒng)模擬訓(xùn)練，采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后仿真度更高，這樣學(xué)生學(xué)習(xí)興趣也會(huì)增大。此外，交互式的學(xué)習(xí)模式與即時(shí)的評(píng)價(jià)方式也顛覆了學(xué)生以往的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，將會(huì)大大提高學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)質(zhì)量。③增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)滿(mǎn)足排除故障的學(xué)習(xí)和考核需要?，F(xiàn)有的教學(xué)手段中，排故的學(xué)習(xí)和考核基本上是“空對(duì)空”，文字對(duì)文字，在實(shí)裝上和模擬練習(xí)器上進(jìn)行不了模擬排除故障訓(xùn)練。采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，可以通過(guò)設(shè)置故障現(xiàn)象及排除方法進(jìn)行交互式的學(xué)習(xí)，讓排故學(xué)習(xí)變得更容易。④增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以降低訓(xùn)練損耗與費(fèi)用。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)外很早就實(shí)現(xiàn)了利用AR技術(shù)在航空裝備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)線(xiàn)路的裝配維修。根據(jù)報(bào)道，DART 510發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)后維修時(shí)間可縮短56%，在技能訓(xùn)練中，國(guó)外開(kāi)發(fā)了多種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)誘導(dǎo)的維修系統(tǒng)，可以在立體視頻圖像上添加虛擬圖形增強(qiáng)效果，可以增強(qiáng)顯示飛機(jī)的框架結(jié)構(gòu)線(xiàn)，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)機(jī)械模型注解。我國(guó)的AR技術(shù)發(fā)展晚于國(guó)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(xué)訓(xùn)練的應(yīng)用上處于初級(jí)階段。當(dāng)前，學(xué)校的任職教育教學(xué)走向深化階段，采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)手段，后續(xù)的發(fā)展可以從以下幾個(gè)方面展開(kāi)。

2.1 強(qiáng)化單人裝備維修技能訓(xùn)練

現(xiàn)有的裝備維修技能教學(xué)中，學(xué)生對(duì)教師的依賴(lài)程度較高。在這樣傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式下，教師是課堂的主宰，但這樣的課堂缺點(diǎn)也很明顯，教師的表達(dá)能力、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)直接決定了學(xué)生學(xué)的好與壞。通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引進(jìn)，可以減少這種問(wèn)題。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課堂應(yīng)用與教師的課堂講解互為補(bǔ)充，生動(dòng)形象的教學(xué)打破了以往灌充填鴨式的教學(xué)，最明顯的進(jìn)步就在于能使每名學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到提升，自主學(xué)習(xí)的意識(shí)得到增強(qiáng)。通過(guò)“浸入式”的體驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生在實(shí)習(xí)操作的過(guò)程中能得到最標(biāo)準(zhǔn)、最形象的指導(dǎo)，必將提升其裝備維修技能。

2.2 開(kāi)展大科目維修協(xié)同模擬訓(xùn)練

在大科目協(xié)同訓(xùn)練中，每名學(xué)生需要對(duì)自己承擔(dān)的任務(wù)做到非常熟練，否則將會(huì)影響整體實(shí)習(xí)任務(wù)的完成效果，比如在發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)過(guò)程中的人員分工配合、在起落架收放檢查過(guò)程中人員的協(xié)同配合等。引入網(wǎng)絡(luò)化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以后，可以在展開(kāi)大科目實(shí)習(xí)以前進(jìn)行模擬協(xié)同訓(xùn)練，在模擬訓(xùn)練時(shí)設(shè)置角色，并展開(kāi)討論與學(xué)習(xí)。并能夠讓學(xué)生體驗(yàn)不同角色，使之能夠勝任各個(gè)分工崗位。同時(shí)，教師也能夠以“觀察者”的身份參與進(jìn)來(lái)，在必要時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。模擬協(xié)同訓(xùn)練之后再進(jìn)行實(shí)裝合訓(xùn)，這樣既保證了安全，也提高了效率。

2.3 戰(zhàn)時(shí)航空機(jī)務(wù)保障訓(xùn)練

戰(zhàn)時(shí)航空機(jī)務(wù)保障訓(xùn)練教學(xué)以往只能在理論中學(xué)習(xí)，引入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)后，可以結(jié)合機(jī)場(chǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)三維模型來(lái)模擬戰(zhàn)時(shí)的航空機(jī)務(wù)保障，讓學(xué)生對(duì)其有更加感性的認(rèn)識(shí)，使其對(duì)于戰(zhàn)時(shí)保障的模式和方法更熟悉。另外，隨著我國(guó)參與國(guó)際事務(wù)越來(lái)越多，聯(lián)演聯(lián)訓(xùn)也隨之增多，經(jīng)常需要趕赴非駐地機(jī)場(chǎng)執(zhí)行任務(wù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以運(yùn)用到學(xué)生對(duì)新環(huán)境的熟悉與新任務(wù)的學(xué)習(xí)中來(lái)。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著近年來(lái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，其在各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文對(duì)其在航空維修技能教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究?？梢钥闯觯朐鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)對(duì)航空維修技能教學(xué)訓(xùn)練帶來(lái)一系列變革，不僅會(huì)改進(jìn)原有教學(xué)模式，也將會(huì)增強(qiáng)教學(xué)效果，滿(mǎn)足人才培養(yǎng)的需求。

［1］胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

［2］劉建新，劉旺盛.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事教育訓(xùn)練中的應(yīng)用［M］.吉林：吉林人民出版社，2006.

［3］張洪波.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用研究［D］.開(kāi)封：河南大學(xué)，2012.