增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)研究

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)研究【摘要】：工業(yè)培訓(xùn)作為一種積極推動(dòng)個(gè)人和企業(yè)不斷向前發(fā)展的重要手段,能夠幫助培訓(xùn)人員掌握相關(guān)技能,提高工作效率。然而傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式存在培訓(xùn)費(fèi)用過(guò)高以及培訓(xùn)時(shí)間、地點(diǎn)不靈活等問(wèn)題。近些年來(lái),基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)方式逐漸走入了人們的視野,并有了一定范圍的應(yīng)用。虛擬培訓(xùn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的不足,但同時(shí)也存在一定的問(wèn)題,例如對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的渲染工作量太大、沉浸感不強(qiáng)、不能很好的提供在線支持等。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)將計(jì)算機(jī)合成的信息與真實(shí)世界融為一體,比起傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以減少無(wú)謂的虛擬世界渲染,更有利于提升培訓(xùn)人員的參與感和真實(shí)感；移動(dòng)計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作技術(shù)的出現(xiàn),可以讓培訓(xùn)人員不受時(shí)間和空間的限制,隨時(shí)隨地獲取信息,實(shí)現(xiàn)泛在學(xué)習(xí),并使在線協(xié)同支持的培訓(xùn)模式成為可能。綜合以上三種技術(shù),本論文提出了移動(dòng)協(xié)同增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),并將其應(yīng)用于工業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域。此外,隨著便攜式智能終端的發(fā)展和普及,基于這類設(shè)備的教育應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,本論文結(jié)合便攜式智能終端的特點(diǎn),進(jìn)行工業(yè)培訓(xùn)自助學(xué)習(xí)方式的探索。

本論文從工業(yè)培訓(xùn)的現(xiàn)狀出發(fā),指出目前的培訓(xùn)方式在運(yùn)用信息技術(shù)支持手段方面存在的不足,在情境認(rèn)知等學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下,運(yùn)用移動(dòng)協(xié)同增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),設(shè)計(jì)了一個(gè)面向培訓(xùn)人員的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)(AugmentedRealityIndustrialTrainingSystem,簡(jiǎn)稱ARITS)。重點(diǎn)探討了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)現(xiàn)、案例應(yīng)用與評(píng)價(jià)等問(wèn)題,目的是為工業(yè)培訓(xùn)人員創(chuàng)設(shè)虛實(shí)結(jié)合的培訓(xùn)平臺(tái),作為傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的有效補(bǔ)充,以利于其綜合知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)。歸結(jié)起來(lái),重點(diǎn)有以下幾方面的工作：

1.在探究相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,進(jìn)行學(xué)習(xí)環(huán)境模型和系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.在學(xué)習(xí)環(huán)境模型和系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)上,進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),闡述系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

3.基于總體設(shè)計(jì),進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。

4.將系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際案例,并對(duì)案例進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

本論文共分六章,在邏輯上分成兩個(gè)部分：

第一部分主要是理論、概念與技術(shù)方法的剖析：首先提出本論文研究的問(wèn)題,接著對(duì)本研究涉及的相關(guān)概念、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析。重點(diǎn)探析了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持工業(yè)培訓(xùn)的相關(guān)概念,其中包括學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、移動(dòng)協(xié)同增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在工業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用。然后在借鑒相關(guān)學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合本 4.1設(shè)計(jì)原則85-91 4.1.1情境認(rèn)知的角度85-87 4.1.2信息技術(shù)應(yīng)用的角度87-89 4.1.3探究學(xué)習(xí)的角度89-91 4.2體系結(jié)構(gòu)91-95 4.2.1基于分布式協(xié)同概念的設(shè)計(jì)91-93 4.2.2ARITS模塊構(gòu)成93-95 4.3系統(tǒng)組成95-102 4.3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理95-96 4.3.2系統(tǒng)架構(gòu)96-99 4.3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)99-102 4.4關(guān)鍵技術(shù)102-128 4.4.1系統(tǒng)涉及主要技術(shù)102-105 4.4.2技術(shù)選型105-126 4.4.3系統(tǒng)開發(fā)步驟126-128第5章ARITS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與案例應(yīng)用128-168 5.1需求分析128-139 5.1.1電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)128-130 5.1.2電子設(shè)備的維修特點(diǎn)130-133 5.1.3維修信息需求分析133-136 5.1.4系統(tǒng)信息需求與功能需求136-139 5.2詳細(xì)設(shè)計(jì)139-151 5.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)140-141 5.2.2系統(tǒng)原型框架141-143 5.2.3技術(shù)實(shí)現(xiàn)143-150 5.2.4設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)150-151 5.3系統(tǒng)應(yīng)用151-168 5.3.1案例一：ATM交換機(jī)維修培訓(xùn)152-162 5.3.2案例二：自助學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件維修知識(shí)培訓(xùn)162-166 5.3.3案例三：如何拆除安裝便攜式打印機(jī)166-168第6章培訓(xùn)結(jié)果和評(píng)價(jià)168-182 6.1技術(shù)評(píng)估168-171 6.1.1穿戴式計(jì)算機(jī)的3D功能168-169 6.1.2原型的試驗(yàn)臺(tái)169-171 6.2用戶主觀評(píng)估171-175 6.2.1功能有效性172-173 6.2.2系統(tǒng)性能173-174 6.2.3系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)174-175 6.3案例二應(yīng)用評(píng)價(jià)分析175-182 6.3.1對(duì)象與方法175 6.3.2評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)分析175-180 6.3.3評(píng)價(jià)小結(jié)180-182第7章總結(jié)及后續(xù)工作182-186 7.1論文總結(jié)182-183 7.2研究?jī)r(jià)值與創(chuàng)新之處183-184 7.3論文不足184 7.4后續(xù)工作的展望184-186附錄186-194 附錄1功能需求專家意見征詢表186-188 附錄2案例一ARITS系統(tǒng)參訪者訪談提綱188-189 附錄3案例二培訓(xùn)導(dǎo)師認(rèn)知度訪談提綱189-191 附錄4案例二學(xué)員認(rèn)知度訪談提綱191-1