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基于虚拟现实的工业培训系统开发实验报告

一、引言

随着工业40时代的到来，工业生产的技术和流程日益复杂，对工

人的技能要求也越来越高。传统的工业培训方式往往存在培训效果不

佳、成本高昂、安全风险大等问题。为了提高工业培训的质量和效率，

降低培训成本和风险，我们开展了基于虚拟现实（VirtualReality，简

称VR）的工业培训系统开发实验。

二、实验目的

本实验的目的是开发一款基于虚拟现实技术的工业培训系统，以提

高工业培训的效果和效率，降低培训成本和风险。具体目标包括：

1、设计并实现一个具有沉浸感和交互性的虚拟现实培训环境，能

够模拟真实的工业生产场景和操作流程。

2、开发一套适合工业培训的课程内容和教学方法，能够有效地传

授工业知识和技能。

3、评估虚拟现实培训系统对学员学习效果和学习体验的影响，与

传统培训方式进行对比分析。

三、实验环境与设备

1、硬件设备

虚拟现实头盔：HTCVivePro

计算机：配置为英特尔酷睿i7处理器、16GB内存、NVIDIA

GeForceRTX2080Ti显卡

追踪设备：Vive基站

手柄控制器

2、软件工具

Unity游戏引擎

3D建模软件：3dsMax、Maya

图形设计软件：Photoshop

四、实验设计

1、培训内容设计

根据工业生产的实际需求，选择了机械加工、电气维修和化工操作

三个典型的工业培训场景。

针对每个场景，设计了详细的培训课程内容，包括理论知识讲解、

操作流程演示和实际操作练习。

2、虚拟现实环境搭建

使用3D建模软件创建工业生产场景的模型，包括设备、工具、工

作区域等。

在Unity游戏引擎中导入模型，进行场景布置、光照渲染和交互设

计，实现虚拟现实环境的搭建。

3、交互设计

设计了多种交互方式，如手柄操作、手势识别和语音控制，以方便

学员在虚拟现实环境中进行操作和学习。

为了增强学员的沉浸感，还添加了触觉反馈和力反馈等效果。

4、教学方法设计

采用了基于任务驱动的教学方法，让学员在完成具体任务的过程中

学习知识和技能。

设计了实时的指导和反馈机制，当学员出现错误操作时，系统会及

时给出提示和纠正。

五、实验过程

1、学员招募

通过在企业内部发布招募通知，共招募了60名学员，分为实验组

和对照组，每组30人。

实验组学员接受基于虚拟现实的培训，对照组学员接受传统的课堂

培训。

2、培训实施

实验组学员佩戴虚拟现实头盔，进入虚拟现实培训环境进行学习。

培训过程中，学员按照课程内容的安排，依次完成理论学习、操作演

示和实际操作练习等任务。

对照组学员在教室中接受传统的课堂培训，通过教师讲解、观看视

频和实际操作等方式进行学习。

3、数据收集

在培训过程中，收集了学员的学习时间、操作次数、错误次数等数

据。

培训结束后，对学员进行了理论知识测试和实际操作考核，并收集

了学员的学习满意度调查问卷。

六、实验结果与分析

1、学习效果

理论知识测试结果显示，实验组学员的平均成绩为85分，对照组

学员的平均成绩为78分，实验组学员的成绩明显高于对照组学员。

实际操作考核结果显示，实验组学员的平均操作时间为15分钟，

错误次数为2次；对照组学员的平均操作时间为20分钟，错误次数为

4次。实验组学员的实际操作表现优于对照组学员。

2、学习体验

学习满意度调查问卷结果显示，实验组学员对虚拟现实培训系统的

满意度达到了90%，认为虚拟现实培训系统具有沉浸感强、交互性好、

学习效果佳等优点。

对照组学员对传统培训方式的满意度为75%，认为传统培训方式存

在枯燥乏味、缺乏实践机会等问题。

3、成本与效率

成本方面，虚拟现实培训系统的开发和维护成本相对较高，但由于

可以重复使用，长期来看可以降低培训成本。

效率方面，实验组学员的学习时间明显短于对照组学员，能够更快

地掌握工业知识和技能。

七、实验结论

通过本次实验，我们得出以下结论：

1、基于虚拟现实的工业培训系统