张晓洁
（南京熊猫汉达科技有限公司通信技术研究所， 江苏 南京 210014）
虚拟现实（VR：
Virtual Reality） 技术， 是一种利用电脑模拟生成一个三度空间的虚拟世界， 给使用者提供有关视觉、 听觉和触觉等感官的模拟技术。
人与这种环境可以通过人的自然技能和相应的设施进行信息交互。
国内外， VR 技术已多次成功地应用于维修领域[1]， 例如：
英国航空发动机制造商Rolls-Royce 利用VR 软件培训维修人员， 模拟航空发动机的维修。
目前大部分公司， 现有产品的使用、 维修和培训主要采用人工和现场培训的方式[2]。
培训材料为纸质版本或者较低程度的IETM， 存在培训周期长、 培训成本高和远程化指导效果差的问题。整个使用、 维修和培训考核等售后服务比较基础和低端。
VR 使用维修培训系统， 是基于VR 技术，结合装备的交互式电子技术手册 （IETM：Interactive Electronic Technical Manual）， 把产品三维模型、 相关产品结构数据和其他信息、 维修文档、 维修培训系统、 考试和评价系统有机地集成在一起。
对实现高可视化、 沉浸式的产品使用指导、 维修培训与考核具有以下意义[3-4]。
a） 通过软件平台实现远程或本地化的三维可视化使用指导与维修培训， 节省人力和经费；
远程指导能够应对疫情等无人接触的要求。
b） 互动性、 沉浸性更强， 可提高装备的使用维修培训效果。
c） 保证安全， 避免培训中的误操作造成人员或设备的损失[5]。
基于VR 技术的使用维修模拟培训， 提供对复杂或危险维修环境的模拟和对维修操作人员培训， 提高操作人员的操作水平，从而降低实际操作的难度， 保 证 操作人员的生产安全。
本文将介绍一种VR维修使用培训系统的设计 方 案。
其软件架构主要分为引擎层、 数据层、功能层、 业务层和交互层， 具体如下所述。
a） 引擎层
提供系统的底层支持， 包括三维渲染引擎、 三维物理引擎、 三维动画引擎和人体运动引擎等。
b） 数据层
提供系统所需的用于电台装备三维维修工艺设计与分析的各种基础数据库， 以方便用户进行选择调用， 包括中国标准人体库、 维修姿态库、 专业材质库、 交互行为库和IETM 手册库等。
c） 功能层
基于以上两层实现不同的功能并为业务层提供实现基础。
d） 业务层
业务层与功能层包含用户实现所需的功能， 例如：
项目管理、 虚拟环境构建、 物理仿真、 人体仿真、 维修仿真设计和虚拟维修分析等。
e） 交互层
通过软件平台支持的虚拟现实外设接口与外部虚拟交互式硬件设备的结合应用， 实现基于虚拟现实的三维维修工艺设计与分析应用需求。
装备虚拟维修培训研究的总体研究技术框架如图1 所示。
图1 总体技术框架
该系统的软件按照功能模块划分， 可分为用户管理模块、 产品信息浏览查询模块、 培训模块和考核模块四大功能模块， 具体如下所述。
图2 软件功能模块的划分
a） 用户管理模块
管理不同用户的权限， 例如：
包括维修培训的安排、 维修课程的人员安排和维修课程的时间控制。
项目按照基层级维修与中继级维修进行分层次管理， 对培训人员进行层次适配。
项目数据设置后， 会在虚拟现实设备上推送指定的维修培训。
b） 产品信息浏览查询模块
为用户提供产品信息浏览与查询服务， 具体包括两大功能：
1） 产品信息浏览， 按照系列化列表来选择浏览设备的组成、 功能原理、 使用说明和安全事项等内容；
2） 产品信息查询与检索， 系统提供按产品类别、 型号等多种类型的查询方式， 供用户输入查询条件或在分类树上点选相应的结点进行查询。
c） 培训模块
培训模块为基于三维模型的安装、 使用和维修作业指导系统， 包括：
安装作业指导、 使用操作和维修作业指导等内容。
可视化形式的表达结构体装配、 结构体安装和各类背负架安装等内容的作业指导模块。
d） 考核模块
从产品基本信息、 产品使用、 安装和维修等内容中抽取必要内容， 并添加题目标识、 题目属类和题目难度等信息， 从而转化为题目， 并最终构建考试题库。
从考试题库中按照考试时间、 题目难度等信息抽取出合适的考试题目构成考试内容， 以合理的出题顺序、 美观的布局和版面格式， 根据答题进度与考试者互动进行逐题显示、 作答与提交。
并给予合理的评分与评价， 给予错题反馈与对应题目的答题指导， 辅助答题者进行错题练习与知识巩固。
本文介绍的设计方案， 提供了一种直观性、 交互性的使用维修培训技术途径和应用软件， 可以按照系列框架， 容纳全谱系产品；
并以最优化的方式将文字、 表格、 图像、 工程图形、 声音、 视频和动画等多种信息形式显示在电子屏幕上。
由此可以提升操作学习效率， 显著地降低现有人工维修培训的时间和经济成本。
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