[发明专利]基于VR与BIM技术的维修电工实训教学系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，尤其涉及一种基于VR与BIM技术的维修电工操作实训教学系统及方法。

背景技术

“维修电工”职业技能培训主要针对从事机械设备和电气系统线路及器件的安装、调试与维护、修理的人员，培养其岗位任职必需的电工技术方面的安装、调试、排故及维修等技能，旨在为后续的专业技能实训和岗位任职能力培养奠定坚实的基础。当前维修电工实训环节多采用实际元器件固定安装于实训台(板)上，学员在实训台上完成操作训练和技能考核。现有维修电工实训教学开展存在以下局限性。一是器材损耗大、实训成本高。维修电工实训装置单台价格高，支持工位少。实训接线板的方式相较实训台而言，实训板的方式直观性强且一次投资较低，但元器件损毁率高、线材槽板等消耗量大，实训耗材成本高。二是电气安全隐患多、教员工作强度高。由于实训板上均为真实元件，外漏接头部位多，加之部分学员未能自觉严格按照工艺标准和安全规程进行操作，为避免通电调试环节由于操作不当、工艺不达标等原因导致的元器件或仪表损坏、实验室保护开关跳闸等各类事故，在照明接线及电动机控制线路接线实训项目中，每个实验室需专门配备辅助教员担任安全员严加防范。与此同时，由于存在一定安全隐患，无法支持开放实验室、学员自主完成实训。三是教学效果难以突破。实训板上尽管全部采用真实元器件，但其线路布设规模、器件安装位置等与实际的设施设备有较大差异。此外，实训台(板)实训项目的调整改造实施难度较大，教学灵活性不足。鉴于传统维修电工技能实训环节中带电作业危险性高、实训耗材消耗大，而虚拟现实作为可以一种提供实时的三维立体虚拟环境的新技术，可通过虚拟实训环境的设置使学习者可以完全沉浸其中从而增强学生学习兴趣，于此同时提高实训的交互性、安全性与经济性，提升实训效果。CN201611136069.2公布了一种基于VR虚拟现实技术的交互式多媒体教学系统，但该系统更适合于传统的多媒体理论讲授，对于强调操作技能训练等实训教学并无优势。此外虚拟现实已应用于核电站操作员培训、飞行员训练等领域，但由于以往的虚拟现实训练系统开发难度大实现成本高，未见维修电工操作实训的虚拟现实仿真实训教学系统产品及技术的报道。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的虚拟现实训练系统开发难度大实现成本高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于VR与BIM技术的维修电工实训教学系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于VR与BIM技术的维修电工实训教学系统，所述基于VR与BIM技术的维修电工实训教学系统包括：

用于教员发布实训科目内容和管理教学进程的教学电脑；

教学电脑与移动终端通过无线网关实现互联，用于实现教学双方等各类设备数据通信的无线网关；

与教学电脑通过无线网关连接，用于支持学员登入后根据学习进度进行个性化学习的移动终端；

与教学电脑和移动终端连接，用于实现将学员与教员等教学设备所显示内容选通接入投影设备的屏幕共享设备；

与屏幕共享设备连接，用于将实训教学中的图像或视频投射到幕布上的投影设备；

与教学电脑连接，用于实现基于BIM技术的实训场景快速建模的3D扫描BIM建模模块；

与教学电脑连接，用于作为实训学员提供虚拟现实操作实训3D图形显示与观察设备的虚拟现实头盔显示器；

与教学电脑连接，用于实现操作实训人机互动的人体姿态追踪定位模块；

与移动终端连接，用于配合学员用移动终端使用的基于Cardboard低成本虚拟现实显示模块。

进一步，所述基于VR与BIM技术的维修电工实训教学系统还包括：虚拟巡游训练模块、设备拆解训练模块、虚拟接线训练模块、故障排查训练模块；

虚拟巡游训练模块、设备拆解训练模块通过移动终端或头盔显示器中完成；

虚拟接线训练模块和故障排查训练模块在头盔显示器中完成。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于VR与BIM技术的维修电工实训教学系统的基于VR与BIM技术的维修电工实训教学方法，所述基于VR与BIM技术的维修电工实训教学方法包括以下步骤：

步骤一、实训教学场景构建，采用消费级的便携式3D扫描设备，对作为实训装置的元器件部件进行数字化三维抄数；利用3D扫描设备等作为虚拟巡游参观教学的场景扫描得到三维尺寸后，利用BIM软件建立几何模型，实现实训场景快速构建；利用全景相机拍摄教学场景作为模型贴图。