增強現(xiàn)實工業(yè)培訓系統(tǒng)研究

增強現(xiàn)實工業(yè)培訓系統(tǒng)研究【摘要】：工業(yè)培訓作為一種積極推動個人和企業(yè)不斷向前發(fā)展的重要手段,能夠幫助培訓人員掌握相關(guān)技能,提高工作效率。然而傳統(tǒng)的培訓模式存在培訓費用過高以及培訓時間、地點不靈活等問題。近些年來,基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的培訓方式逐漸走入了人們的視野,并有了一定范圍的應用。虛擬培訓彌補了傳統(tǒng)培訓模式的不足,但同時也存在一定的問題,例如對現(xiàn)實世界的渲染工作量太大、沉浸感不強、不能很好的提供在線支持等。

增強現(xiàn)實技術(shù)通過將計算機合成的信息與真實世界融為一體,比起傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù),可以減少無謂的虛擬世界渲染,更有利于提升培訓人員的參與感和真實感；移動計算技術(shù)和計算機支持的協(xié)同工作技術(shù)的出現(xiàn),可以讓培訓人員不受時間和空間的限制,隨時隨地獲取信息,實現(xiàn)泛在學習,并使在線協(xié)同支持的培訓模式成為可能。綜合以上三種技術(shù),本論文提出了移動協(xié)同增強現(xiàn)實技術(shù),并將其應用于工業(yè)培訓領域。此外,隨著便攜式智能終端的發(fā)展和普及,基于這類設備的教育應用也越來越廣泛,本論文結(jié)合便攜式智能終端的特點,進行工業(yè)培訓自助學習方式的探索。

本論文從工業(yè)培訓的現(xiàn)狀出發(fā),指出目前的培訓方式在運用信息技術(shù)支持手段方面存在的不足,在情境認知等學習理論指導下,運用移動協(xié)同增強現(xiàn)實技術(shù),設計了一個面向培訓人員的增強現(xiàn)實工業(yè)培訓系統(tǒng)(AugmentedRealityIndustrialTrainingSystem,簡稱ARITS)。重點探討了該系統(tǒng)的設計、開發(fā)、實現(xiàn)、案例應用與評價等問題,目的是為工業(yè)培訓人員創(chuàng)設虛實結(jié)合的培訓平臺,作為傳統(tǒng)培訓模式的有效補充,以利于其綜合知識的學習和實踐操作能力的培養(yǎng)。歸結(jié)起來,重點有以下幾方面的工作：

1.在探究相關(guān)理論的基礎上,進行學習環(huán)境模型和系統(tǒng)架構(gòu)的設計

2.在學習環(huán)境模型和系統(tǒng)架構(gòu)基礎上,進行系統(tǒng)總體設計,闡述系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

3.基于總體設計,進行系統(tǒng)開發(fā)和實現(xiàn)。

4.將系統(tǒng)應用于實際案例,并對案例進行分析和評價。

本論文共分六章,在邏輯上分成兩個部分：

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題,接著對本研究涉及的相關(guān)概念、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、相關(guān)技術(shù)進行分析。重點探析了增強現(xiàn)實技術(shù)支持工業(yè)培訓的相關(guān)概念,其中包括學習支持系統(tǒng)、增強現(xiàn)實技術(shù)、移動協(xié)同增強現(xiàn)實技術(shù)及其在工業(yè)培訓領域的應用。然后在借鑒相關(guān)學習理論的基礎上,結(jié)合本 4.1設計原則85-91 4.1.1情境認知的角度85-87 4.1.2信息技術(shù)應用的角度87-89 4.1.3探究學習的角度89-91 4.2體系結(jié)構(gòu)91-95 4.2.1基于分布式協(xié)同概念的設計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)設計原理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)實現(xiàn)與案例應用128-168 5.1需求分析128-139 5.1.1電子設備的結(jié)構(gòu)特點128-130 5.1.2電子設備的維修特點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詳細設計139-151 5.2.1系統(tǒng)設計與實現(xiàn)140-141 5.2.2系統(tǒng)原型框架141-143 5.2.3技術(shù)實現(xiàn)143-150 5.2.4設計挑戰(zhàn)150-151 5.3系統(tǒng)應用151-168 5.3.1案例一：ATM交換機維修培訓152-162 5.3.2案例二：自助學習計算機硬件維修知識培訓162-166 5.3.3案例三：如何拆除安裝便攜式打印機166-168第6章培訓結(jié)果和評價168-182 6.1技術(shù)評估168-171 6.1.1穿戴式計算機的3D功能168-169 6.1.2原型的試驗臺169-171 6.2用戶主觀評估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)總體評價174-175 6.3案例二應用評價分析175-182 6.3.1對象與方法175 6.3.2評價統(tǒng)計分析175-180 6.3.3評價小結(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研究價值與創(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案例二培訓導師認知度訪談提綱189-191 附錄4案例二學員認知度訪談提綱191-1