增强现实工业培训系统研究

增强现实工业培训系统研究【摘要】：工业培训作为一种积极推动个人和企业不断向前发展的重要手段,能够帮助培训人员掌握相关技能,提高工作效率。然而传统的培训模式存在培训费用过高以及培训时间、地点不灵活等问题。近些年来,基于虚拟现实技术的培训方式逐渐走入了人们的视野,并有了一定范围的应用。虚拟培训弥补了传统培训模式的不足,但同时也存在一定的问题,例如对现实世界的渲染工作量太大、沉浸感不强、不能很好的提供在线支持等。

增强现实技术通过将计算机合成的信息与真实世界融为一体,比起传统的虚拟现实技术,可以减少无谓的虚拟世界渲染,更有利于提升培训人员的参与感和真实感；移动计算技术和计算机支持的协同工作技术的出现,可以让培训人员不受时间和空间的限制,随时随地获取信息,实现泛在学习,并使在线协同支持的培训模式成为可能。综合以上三种技术,本论文提出了移动协同增强现实技术,并将其应用于工业培训领域。此外,随着便携式智能终端的发展和普及,基于这类设备的教育应用也越来越广泛,本论文结合便携式智能终端的特点,进行工业培训自助学习方式的探索。

本论文从工业培训的现状出发,指出目前的培训方式在运用信息技术支持手段方面存在的不足,在情境认知等学习理论指导下,运用移动协同增强现实技术,设计了一个面向培训人员的增强现实工业培训系统(AugmentedRealityIndustrialTrainingSystem,简称ARITS)。重点探讨了该系统的设计、开发、实现、案例应用与评价等问题,目的是为工业培训人员创设虚实结合的培训平台,作为传统培训模式的有效补充,以利于其综合知识的学习和实践操作能力的培养。归结起来,重点有以下几方面的工作：

1.在探究相关理论的基础上,进行学习环境模型和系统架构的设计

2.在学习环境模型和系统架构基础上,进行系统总体设计,阐述系统体系结构和关键技术。

3.基于总体设计,进行系统开发和实现。

4.将系统应用于实际案例,并对案例进行分析和评价。

本论文共分六章,在逻辑上分成两个部分：

第一部分主要是理论、概念与技术方法的剖析：首先提出本论文研究的问题,接着对本研究涉及的相关概念、国内外研究现状、相关技术进行分析。重点探析了增强现实技术支持工业培训的相关概念,其中包括学习支持系统、增强现实技术、移动协同增强现实技术及其在工业培训领域的应用。然后在借鉴相关学习理论的基础上,结合本 4.1设计原则85-91 4.1.1情境认知的角度85-87 4.1.2信息技术应用的角度87-89 4.1.3探究学习的角度89-91 4.2体系结构91-95 4.2.1基于分布式协同概念的设计91-93 4.2.2ARITS模块构成93-95 4.3系统组成95-102 4.3.1系统设计原理95-96 4.3.2系统架构96-99 4.3.3系统结构特点99-102 4.4关键技术102-128 4.4.1系统涉及主要技术102-105 4.4.2技术选型105-126 4.4.3系统开发步骤126-128第5章ARITS系统实现与案例应用128-168 5.1需求分析128-139 5.1.1电子设备的结构特点128-130 5.1.2电子设备的维修特点130-133 5.1.3维修信息需求分析133-136 5.1.4系统信息需求与功能需求136-139 5.2详细设计139-151 5.2.1系统设计与实现140-141 5.2.2系统原型框架141-143 5.2.3技术实现143-150 5.2.4设计挑战150-151 5.3系统应用151-168 5.3.1案例一：ATM交换机维修培训152-162 5.3.2案例二：自助学习计算机硬件维修知识培训162-166 5.3.3案例三：如何拆除安装便携式打印机166-168第6章培训结果和评价168-182 6.1技术评估168-171 6.1.1穿戴式计算机的3D功能168-169 6.1.2原型的试验台169-171 6.2用户主观评估171-175 6.2.1功能有效性172-173 6.2.2系统性能173-174 6.2.3系统总体评价174-175 6.3案例二应用评价分析175-182 6.3.1对象与方法175 6.3.2评价统计分析175-180 6.3.3评价小结180-182第7章总结及后续工作182-186 7.1论文总结182-183 7.2研究价值与创新之处183-184 7.3论文不足184 7.4后续工作的展望184-186附录186-194 附录1功能需求专家意见征询表186-188 附录2案例一ARITS系统参访者访谈提纲188-189 附录3案例二培训导师认知度访谈提纲189-191 附录4案例二学员认知度访谈提纲191-1