[發明專利]基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學系統及方法

在審

• 申請號: 201711250453.X
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107871414A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 易斌;袁韜;楊靜;葉盛;毛龍波;米紅菊;解亞;文斌;王海龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍后勤工程學院
• 主分類號: G09B5/08
• 分類號: G09B5/08;G09B9/00;G09B5/02
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 趙紅霞

技術領域

本發明屬于虛擬現實技術領域，尤其涉及一種基于VR與BIM技術的維修電工操作實訓教學系統及方法。

背景技術

“維修電工”職業技能培訓主要針對從事機械設備和電氣系統線路及器件的安裝、調試與維護、修理的人員，培養其崗位任職必需的電工技術方面的安裝、調試、排故及維修等技能，旨在為后續的專業技能實訓和崗位任職能力培養奠定堅實的基礎。當前維修電工實訓環節多采用實際元器件固定安裝于實訓臺(板)上，學員在實訓臺上完成操作訓練和技能考核。現有維修電工實訓教學開展存在以下局限性。一是器材損耗大、實訓成本高。維修電工實訓裝置單臺價格高，支持工位少。實訓接線板的方式相較實訓臺而言，實訓板的方式直觀性強且一次投資較低，但元器件損毀率高、線材槽板等消耗量大，實訓耗材成本高。二是電氣安全隱患多、教員工作強度高。由于實訓板上均為真實元件，外漏接頭部位多，加之部分學員未能自覺嚴格按照工藝標準和安全規程進行操作，為避免通電調試環節由于操作不當、工藝不達標等原因導致的元器件或儀表損壞、實驗室保護開關跳閘等各類事故，在照明接線及電動機控制線路接線實訓項目中，每個實驗室需專門配備輔助教員擔任安全員嚴加防范。與此同時，由于存在一定安全隱患，無法支持開放實驗室、學員自主完成實訓。三是教學效果難以突破。實訓板上盡管全部采用真實元器件，但其線路布設規模、器件安裝位置等與實際的設施設備有較大差異。此外，實訓臺(板)實訓項目的調整改造實施難度較大，教學靈活性不足。鑒于傳統維修電工技能實訓環節中帶電作業危險性高、實訓耗材消耗大，而虛擬現實作為可以一種提供實時的三維立體虛擬環境的新技術，可通過虛擬實訓環境的設置使學習者可以完全沉浸其中從而增強學生學習興趣，于此同時提高實訓的交互性、安全性與經濟性，提升實訓效果。CN201611136069.2公布了一種基于VR虛擬現實技術的交互式多媒體教學系統，但該系統更適合于傳統的多媒體理論講授，對于強調操作技能訓練等實訓教學并無優勢。此外虛擬現實已應用于核電站操作員培訓、飛行員訓練等領域，但由于以往的虛擬現實訓練系統開發難度大實現成本高，未見維修電工操作實訓的虛擬現實仿真實訓教學系統產品及技術的報道。

綜上所述，現有技術存在的問題是：傳統的虛擬現實訓練系統開發難度大實現成本高。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學系統及方法。

本發明是這樣實現的，一種基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學系統，所述基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學系統包括：

用于教員發布實訓科目內容和管理教學進程的教學電腦；

教學電腦與移動終端通過無線網關實現互聯，用于實現教學雙方等各類設備數據通信的無線網關；

與教學電腦通過無線網關連接，用于支持學員登入后根據學習進度進行個性化學習的移動終端；

與教學電腦和移動終端連接，用于實現將學員與教員等教學設備所顯示內容選通接入投影設備的屏幕共享設備；

與屏幕共享設備連接，用于將實訓教學中的圖像或視頻投射到幕布上的投影設備；

與教學電腦連接，用于實現基于BIM技術的實訓場景快速建模的3D掃描BIM建模模塊；

與教學電腦連接，用于作為實訓學員提供虛擬現實操作實訓3D圖形顯示與觀察設備的虛擬現實頭盔顯示器；

與教學電腦連接，用于實現操作實訓人機互動的人體姿態追蹤定位模塊；

與移動終端連接，用于配合學員用移動終端使用的基于Cardboard低成本虛擬現實顯示模塊。

進一步，所述基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學系統還包括：虛擬巡游訓練模塊、設備拆解訓練模塊、虛擬接線訓練模塊、故障排查訓練模塊；

虛擬巡游訓練模塊、設備拆解訓練模塊通過移動終端或頭盔顯示器中完成；

虛擬接線訓練模塊和故障排查訓練模塊在頭盔顯示器中完成。

本發明的另一目的在于提供一種所述基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學系統的基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學方法，所述基于VR與BIM技術的維修電工實訓教學方法包括以下步驟：

步驟一、實訓教學場景構建，采用消費級的便攜式3D掃描設備，對作為實訓裝置的元器件部件進行數字化三維抄數；利用3D掃描設備等作為虛擬巡游參觀教學的場景掃描得到三維尺寸后，利用BIM軟件建立幾何模型，實現實訓場景快速構建；利用全景相機拍攝教學場景作為模型貼圖。