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        農機虛擬仿真——播種機

        為改善傳統農業機械教學過程中“老師難教,學生難懂”的局面,從虛擬仿真實訓的角度出發,以現代農場為原型,基于Unity3D虛擬現實開發平臺,河南蘭幻軟件技術有限公司設計開發了“農機虛擬仿真”軟件。農機虛擬仿真實現了虛擬農場中農機設備生產作業的虛擬可視化,并且對播種器械的認知和拆裝,維護保養及工作原理進行了解,具有非常大的實用性和教學價值。接下來將為大家介紹該系統的設計思想、實現內容、功能模塊等進行講解。

        1.農機虛擬仿真的設計目的

        本系統結合《農業機械學》的課程特點,為學習者塑造一定的情景,從“老師易教,學生易學”的角度出發,系統的設置以交互操作為主、演示教學為輔助,讓教師通過系統的考核監控,了解學生在自主學習狀態下的學習情況和出現的問題,以及學生對農業播種機器械的自主技術學習掌握、自我認知考核等。

        2.農機虛擬仿真的系統開發任務

        農機虛擬仿真通過5個模塊實現以下內容:

        (1)建立農業播種機工作的虛擬仿真場景,場景模型數據庫與農機設備模型數據庫的建立

        (2)實現農業播種機的工作行走

        (3)實現農業播種機的器械認知、拆裝、操作

        3.農機虛擬仿真功能模塊:

        農機虛擬仿真

        4.登錄端口

        農業播種機分為:學生端和教師端,兩個操作端口。

        下圖為登錄界面:

        農機虛擬仿真

        5.農機虛擬仿真主要功能

        (1)播種機理論學習

        (2)播種機理論考核

        (3)播種機設備認知

        (4)播種機設備拆卸

        (5)播種機交互式仿真教學

        (6)播種機交互式仿真考核

        (7)播種機立體顯示

        接下來對農業播種機主要功能進行簡單圖文了解:

        5.1理論學習

        基礎理論包括教材文字、圖片、PPT等,按科目存放在數據庫里,學生進入該功能模塊后可點擊選擇相應的文件進行自主學習,基礎理論數據文件可通過教師端云平臺管理模塊進行上傳、刪除、修改等管理操作。主要包括:播種機的原理理論、播種機的組成構成、播種機的作業流程、播種機作業過程中的注意事項、播種機作業使用條件及影響等。

        農機虛擬仿真

        5.2題庫學習

        教師端管理農業播種機的題庫內容,可以進行增刪改等操作,學生端在題庫學習界面進行題庫內容訓練,題庫主要分為判斷題和多選題。

        農機虛擬仿真

        5.3理論考核

        學生根據教師端對理論考核的設置,模塊會自動隨機生成相應的試卷,進行考核??己酥饕譃榕袛囝}考核和多選題考核。學生考核完成后,點擊右上角交卷,考核成績自動上傳至學生端和教師端,學生端直接點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生的分數進行統計分析評估。

        農機虛擬仿真

        5.4設備認知

        軟件構建三維原理仿真環境,學生按照軟件功能設置指引,進入模塊進行上機實訓,對上述模塊所展示的三維設備進行交互式操作和控制,可以實現三種狀態的動態展示:三維動態模擬運行透明展示、三維動態模擬運行外殼隱藏展示、三維動態模擬解剖運行展示。虛擬仿真運行過程中,可以對播種機進行360度旋轉、放大、縮小、移動觀察,實現播種機模擬工況原理運行仿真教學和規范操作實訓教學。

        農機虛擬仿真

        爆炸式器械認知:通過“爆炸”式,播種機器械分散開來,學生通過點擊分散開來的設備,對設備完成認知。散開后設備的樣式也能夠看的非常清晰。

        農機虛擬仿真

        5.5設備拆卸、安裝

        設備的拆卸及安裝:鼠標點擊設備,拖動至場景的任意地方,設備的任意地方均可以隨意拖動,拆卸的過程中,通過學習前面的板塊,便會對設備有更進一步的了解,當拆卸完成后,可以進行安裝操作,點擊飄散的設備,根據學習印象,放置原位。

        學習農業播種機需要對設備有全面的了解,不僅要了解設備的名稱,更需要后期對設備進行良好的維護修理,所以,在虛擬仿真實訓內,通過設備拆卸板塊,能夠快速了解設備的安裝位置等原理,快速對設備進行掌握。

        農機虛擬仿真

        5.6交互仿真教學

        該功能模塊實現了虛擬場景下人機交互式播種機作業的全過程,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

        農機虛擬仿真

        實踐考核主要是學生通過該功能實現實訓技能學習和考核,該部分緊密圍繞播種機機械裝備的作業流程,通過實踐操作和考核,使學生掌握播種機機械裝備相關理論知識、組成原理、作業流程等知識和實踐技能。

        在播種機作業仿真模塊訓練成熟后,可在教師端的設置下開始仿真考核。教師端對播種機作業過程的每個步驟設置考核系數,學生根據播種機作業的每一個操作步驟完成操作,仿真考核不再有提示,考核結束后系統自動記錄并給出成績。

        農機虛擬仿真

        5.8立體顯示

        系統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立體的外觀樣式,有一定的沉浸感體驗,能激發學生的實訓興趣。

        農機虛擬仿真

        6.結語

        通過計算機建模與仿真技術、虛擬現實可視化技術,以現代農業播種現場為原型,從虛擬仿真教學的角度出發,在Untity平臺上開發了農機虛擬仿真,實現了真實農業機械虛擬仿真,并且對設備的拆裝、維修保養及工作原理進行了在線展示,操作者可以通過虛擬仿真環境內反復對各種農機進行拆裝以及故障維修訓練,掌握農業播種機的內部結構、工作原理、維修保養等方面的知識,并且該系統考核模塊的設置更是對學生知識理解程度的檢驗,應用結果表明,該系統實現了“老師易教、學生易學”的教學目的,“畫面感”的場景設置提高了學生的學習興趣,有效促進學生對知識點的深層次理解以及實踐能力的增強,是農業機械教學模式的新突破。

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