為改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械教學(xué)過程中“老師難教,學(xué)生難懂”的局面,從虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的角度出發(fā),以現(xiàn)代農(nóng)場為原型,基于Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺,河南蘭幻軟件技術(shù)有限公司設(shè)計開發(fā)了“農(nóng)機(jī)虛擬仿真”軟件。農(nóng)機(jī)虛擬仿真實(shí)現(xiàn)了虛擬農(nóng)場中農(nóng)機(jī)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)的虛擬可視化,并且對播種器械的認(rèn)知和拆裝,維護(hù)保養(yǎng)及工作原理進(jìn)行了解,具有非常大的實(shí)用性和教學(xué)價值。接下來將為大家介紹該系統(tǒng)的設(shè)計思想、實(shí)現(xiàn)內(nèi)容、功能模塊等進(jìn)行講解。
1.農(nóng)機(jī)虛擬仿真的設(shè)計目的
本系統(tǒng)結(jié)合《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》的課程特點(diǎn),為學(xué)習(xí)者塑造一定的情景,從“老師易教,學(xué)生易學(xué)”的角度出發(fā),系統(tǒng)的設(shè)置以交互操作為主、演示教學(xué)為輔助,讓教師通過系統(tǒng)的考核監(jiān)控,了解學(xué)生在自主學(xué)習(xí)狀態(tài)下的學(xué)習(xí)情況和出現(xiàn)的問題,以及學(xué)生對農(nóng)業(yè)播種機(jī)器械的自主技術(shù)學(xué)習(xí)掌握、自我認(rèn)知考核等。
2.農(nóng)機(jī)虛擬仿真的系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)
農(nóng)機(jī)虛擬仿真通過5個模塊實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容:
(1)建立農(nóng)業(yè)播種機(jī)工作的虛擬仿真場景,場景模型數(shù)據(jù)庫與農(nóng)機(jī)設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫的建立
(2)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的工作行走
(3)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的器械認(rèn)知、拆裝、操作
3.農(nóng)機(jī)虛擬仿真功能模塊:
4.登錄端口
農(nóng)業(yè)播種機(jī)分為:學(xué)生端和教師端,兩個操作端口。
下圖為登錄界面:
5.農(nóng)機(jī)虛擬仿真主要功能
(1)播種機(jī)理論學(xué)習(xí)
(2)播種機(jī)理論考核
(3)播種機(jī)設(shè)備認(rèn)知
(4)播種機(jī)設(shè)備拆卸
(5)播種機(jī)交互式仿真教學(xué)
(6)播種機(jī)交互式仿真考核
(7)播種機(jī)立體顯示
接下來對農(nóng)業(yè)播種機(jī)主要功能進(jìn)行簡單圖文了解:
5.1理論學(xué)習(xí)
基礎(chǔ)理論包括教材文字、圖片、PPT等,按科目存放在數(shù)據(jù)庫里,學(xué)生進(jìn)入該功能模塊后可點(diǎn)擊選擇相應(yīng)的文件進(jìn)行自主學(xué)習(xí),基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)文件可通過教師端云平臺管理模塊進(jìn)行上傳、刪除、修改等管理操作。主要包括:播種機(jī)的原理理論、播種機(jī)的組成構(gòu)成、播種機(jī)的作業(yè)流程、播種機(jī)作業(yè)過程中的注意事項、播種機(jī)作業(yè)使用條件及影響等。
5.2題庫學(xué)習(xí)
教師端管理農(nóng)業(yè)播種機(jī)的題庫內(nèi)容,可以進(jìn)行增刪改等操作,學(xué)生端在題庫學(xué)習(xí)界面進(jìn)行題庫內(nèi)容訓(xùn)練,題庫主要分為判斷題和多選題。
5.3理論考核
學(xué)生根據(jù)教師端對理論考核的設(shè)置,模塊會自動隨機(jī)生成相應(yīng)的試卷,進(jìn)行考核??己酥饕譃榕袛囝}考核和多選題考核。學(xué)生考核完成后,點(diǎn)擊右上角交卷,考核成績自動上傳至學(xué)生端和教師端,學(xué)生端直接點(diǎn)擊成績查詢功能便可以查詢自己考試成績,而教師端可對所有學(xué)生的分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析評估。
5.4設(shè)備認(rèn)知
軟件構(gòu)建三維原理仿真環(huán)境,學(xué)生按照軟件功能設(shè)置指引,進(jìn)入模塊進(jìn)行上機(jī)實(shí)訓(xùn),對上述模塊所展示的三維設(shè)備進(jìn)行交互式操作和控制,可以實(shí)現(xiàn)三種狀態(tài)的動態(tài)展示:三維動態(tài)模擬運(yùn)行透明展示、三維動態(tài)模擬運(yùn)行外殼隱藏展示、三維動態(tài)模擬解剖運(yùn)行展示。虛擬仿真運(yùn)行過程中,可以對播種機(jī)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、移動觀察,實(shí)現(xiàn)播種機(jī)模擬工況原理運(yùn)行仿真教學(xué)和規(guī)范操作實(shí)訓(xùn)教學(xué)。
爆炸式器械認(rèn)知:通過“爆炸”式,播種機(jī)器械分散開來,學(xué)生通過點(diǎn)擊分散開來的設(shè)備,對設(shè)備完成認(rèn)知。散開后設(shè)備的樣式也能夠看的非常清晰。
5.5設(shè)備拆卸、安裝
設(shè)備的拆卸及安裝:鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)備,拖動至場景的任意地方,設(shè)備的任意地方均可以隨意拖動,拆卸的過程中,通過學(xué)習(xí)前面的板塊,便會對設(shè)備有更進(jìn)一步的了解,當(dāng)拆卸完成后,可以進(jìn)行安裝操作,點(diǎn)擊飄散的設(shè)備,根據(jù)學(xué)習(xí)印象,放置原位。
學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)播種機(jī)需要對設(shè)備有全面的了解,不僅要了解設(shè)備的名稱,更需要后期對設(shè)備進(jìn)行良好的維護(hù)修理,所以,在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)內(nèi),通過設(shè)備拆卸板塊,能夠快速了解設(shè)備的安裝位置等原理,快速對設(shè)備進(jìn)行掌握。
5.6交互仿真教學(xué)
該功能模塊實(shí)現(xiàn)了虛擬場景下人機(jī)交互式播種機(jī)作業(yè)的全過程,每一操作步驟均可得到提示,交互仿真操作步驟不低于10步。
5.7交互仿真考核
實(shí)踐考核主要是學(xué)生通過該功能實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)技能學(xué)習(xí)和考核,該部分緊密圍繞播種機(jī)機(jī)械裝備的作業(yè)流程,通過實(shí)踐操作和考核,使學(xué)生掌握播種機(jī)機(jī)械裝備相關(guān)理論知識、組成原理、作業(yè)流程等知識和實(shí)踐技能。
在播種機(jī)作業(yè)仿真模塊訓(xùn)練成熟后,可在教師端的設(shè)置下開始仿真考核。教師端對播種機(jī)作業(yè)過程的每個步驟設(shè)置考核系數(shù),學(xué)生根據(jù)播種機(jī)作業(yè)的每一個操作步驟完成操作,仿真考核不再有提示,考核結(jié)束后系統(tǒng)自動記錄并給出成績。
5.8立體顯示
系統(tǒng)立體顯示在液晶顯示器上即可體驗,戴立體眼鏡即可看到播種機(jī)立體的外觀樣式,有一定的沉浸感體驗,能激發(fā)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)興趣。
6.結(jié)語
通過計算機(jī)建模與仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)可視化技術(shù),以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)播種現(xiàn)場為原型,從虛擬仿真教學(xué)的角度出發(fā),在Untity平臺上開發(fā)了農(nóng)機(jī)虛擬仿真,實(shí)現(xiàn)了真實(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬仿真,并且對設(shè)備的拆裝、維修保養(yǎng)及工作原理進(jìn)行了在線展示,操作者可以通過虛擬仿真環(huán)境內(nèi)反復(fù)對各種農(nóng)機(jī)進(jìn)行拆裝以及故障維修訓(xùn)練,掌握農(nóng)業(yè)播種機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、維修保養(yǎng)等方面的知識,并且該系統(tǒng)考核模塊的設(shè)置更是對學(xué)生知識理解程度的檢驗,應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“老師易教、學(xué)生易學(xué)”的教學(xué)目的,“畫面感”的場景設(shè)置提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有效促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的深層次理解以及實(shí)踐能力的增強(qiáng),是農(nóng)業(yè)機(jī)械教學(xué)模式的新突破。