陈卫国

摘 要：随着汽车技术的迅猛发展，对汽车维修教学的要求也越来越高，该文主要介绍了虚拟仿真技术的特点，并对传统汽车维修训练系统的现状及需求进行了分析，最后进行了基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统的设计，给出了总体设计方案和关键技术的设计步骤思路，通过虚拟仿真技术的汽车维修教学系统的教学，可以进一步提高汽车维修的教学水平，提升受教者的学识能力。

关键词：虚拟仿真 汽车维修 三维建模

中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0160-02

Abstract：With the development of automotive technology， the demands of vehicle maintenance and repair education are higher and higher. This paper introduces the specification of virtual simulation and analyses the traditional education`s current situation and requirements. At last we design the education system based on virtual simulation and give the overall scheme and key technology. Through the education of virtual simulation， the education level and the students ability will be improved.

Key Words：Virtual simulation； Vehicle maintenance and repair； 3D modeling

当今世界，科学技术迅猛发展，新技术的不断涌現迫使传统行业需要不停地进行自我升级，虚拟仿真技术是当前快速发展和广泛应用的新技术之一，其在工业、教育、娱乐等多个行业有着广泛的应用。伴随着汽车工业技术的飞速发展，其对汽车维修教育水平提出了更高的要求，采用新技术手段来满足这个要求是我们需要深入思考的问题，而虚拟仿真技术与汽车维修教学的结合为提高传统汽修教学的水平提供了很好的技术手段。

1 虚拟仿真技术简介

虚拟仿真技术是当前科技发展的热门话题，在诸多方面有着广泛的应用，虚拟仿真技术是多种前沿技术交叉形成的新技术，主要包括仿真技术、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合交叉。虚拟仿真技术的具体应用主要包括环境模拟、状态感知、人机交互和传感设备等方面。环境模拟是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。状态感知是指理想的虚拟仿真技术应该具有具体应用所需要的感知能力，一般包括视觉感知、听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知等。人机交互是指用户根据计算机的模拟环境做出相应的动作，同时计算机对用户的输入做出实时响应，形成交互互动的过程。

2 汽车维修训练系统的现状及需求

虚拟仿真技术由于在人机交互及用户体验方面具有良好的应用优势，使其对传统的以汽车实物为对象进行维修教育的模式产生了很大的冲击，其技术优势和广阔的应用前景对教育技术而言是一个革命性的技术变革。

传统的汽车维修教育一般是以汽车实物为教学对象，根据不同的汽车类型和故障模式，通过传统的教学手段和工具进行实体的维修教育，这种教育模式在汽车发明产生有史以来发挥着巨大的作用。但随着汽车技术和教育技术的发展，传统的汽车维修教育模式存在着诸多的弊端，主要表现在以下几个方面。

（1）汽车技术发展的速度越来越快，以传统发动机、变速箱为技术核心的技术体系正被以混合动力以及其他动力为核心的技术体系所冲击，汽车维修教育不能快速地适应汽车技术的更新发展。

（2）传统的使用实体汽车或汽车部件为教学对象的维修教育模式，不能很好地适应现代教育技术的发展，使得维修教育机构培养的汽车维修人才与社会实践实际的维修人才需求相脱节。

（3）思想是行动的先导，由于教育者自身认知能力的不足以及思维定势的影响，导致传统的汽车维修教育机构对于新技术在教学中具体应用的积极程度不高，进而影响到新技术的推广应用。

3 基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统的设计

3.1 需求分析

近十多年来，我国的汽车工业飞速发展，全国的各类汽车保有量大幅提升，对汽车维修的从业人员的需求量也越来越大，进而对汽车维修培训机构的数量、教学质量等方方面面也提出了更高的要求。“工欲善其事必先利其器”，教学质量的提高离不开教学模式的改进，汽车新技术和教育新技术的不断发展涌现，使得汽车维修的教学模式也要随之改变。当前的汽车维修教学主要有以下几个特点。

（1）由于汽车维修的专业性强，细分门类较多，从而要求从业人员必须具备良好的专业理论基础和扎实的实践操作技术功底，能够熟练地掌握各种维修基本技能，主要包括汽车检测、故障诊断、零配件拆装、机电一体化仪器设备的熟练使用等。上述的种种要求需要对传统的汽车维修的教学方式进行变革。

（2）当前，科学技术发展迅速，新技术在各行各业的广泛应用深刻地改变着社会面貌，汽车维修的教学也不例外。计算机技术和虚拟仿真技术的发展及其在教育领域中的具体应用，使得受教者能身临其境地学习到汽车维修的理论和实践知识，与传统的板书、图片、教具及录像等教学模式相比，其教学成效更加显著，所以基于虚拟仿真技术的汽车辅助维修训练系统的设计对于汽车维修教育具有极其重要的实际意义。

（3）通过虚拟仿真汽车维修教学系统的教学，受教者能够迅速地熟练掌握汽车的总体构成框架、各分系统的结构原理、检测设备的使用和汽车故障的诊断维修方法，为今后从事汽车维修行业打下良好的基础。

3.2 总体设计

虚拟仿真技术在汽车维修教学的具体应用主要是通过基于虚拟仿真技术的汽车维修教学系统来完成，该教学系统的总体设计如图1所示，主要由6个部分组成，分别是汽车总体构成、汽车工作原理、分系统检测、零配件拆装、故障诊断维修和维修仪表应用。

系统设计时首先进行汽车三维数字建模，然后对各子模块分别设计并最终合成叠加，在进行子模块设计时需要结合原有教学中开展的相关项目，同时增加考虑新能源汽车、混合动力汽车等新技术的汽车维修需求，进行子模块的方案设计、调试及试运行，并最终形成仿真维修教学系统。

3.3 关键技术

汽车维修仿真训练系统的设计开发核心在于三维数字建模，主要包括3個方面的数字建模：一是汽车整车的数字建模；二是汽车零部件的数字建模；三是仪表工具等辅助维修手段的数字建模。这个3个方面的三维数字建模是各子系统开发的基础，且数字建模的过程基本相似，可以分以下3个步骤进行。

第一步是汽车整车、零部件以及仪表工具等辅助维修手段相关数据的收集整理，并对相关的数据进行分析，主要包括物理尺寸、结构框架、电路布局及走向、各部件的相对位置等数据资料。

第二步是根据收集分析的数据，使用三维建模软件（3D Max或者MAYA）进行三维建模和后期处理，三维建模所使用的数据和实际建模后的效果应相互一致并与实际情形相符，在建模完成以后的后期处理，要兼顾光影配合的渲染效果，突出明暗阴影的效果。

第三步是模型合成与优化，将三维建模软件所建立的实体模型的格式转换为Open Flight格式，并按照汽车模型数据库的逻辑结构进行打包压缩存储。

在三维数字建模完成的基础上，完成对图1各个分系统的设计开发。

4 结语

新技术的发展和应用正深刻地改变着这个社会，虚拟仿真技术在汽车维修教学中的应用也将深刻地改变传统的汽车维修教学理念，并大大提高教学成效，使得大批的受教者能更加迅速地掌握各型汽车的维修技能，更好地为服务社会做出贡献。

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