為改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械教學(xué)過程中“老師難教，學(xué)生難懂”的局面，從虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的角度出發(fā)，以現(xiàn)代農(nóng)場(chǎng)為原型，基于Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)，河南蘭幻軟件技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)了“農(nóng)機(jī)虛擬仿真”軟件。農(nóng)機(jī)虛擬仿真實(shí)現(xiàn)了虛擬農(nóng)場(chǎng)中農(nóng)機(jī)設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)的虛擬可視化，并且對(duì)播種器械的認(rèn)知和拆裝，維護(hù)保養(yǎng)及工作原理進(jìn)行了解，具有非常大的實(shí)用性和教學(xué)價(jià)值。接下來將為大家介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)內(nèi)容、功能模塊等進(jìn)行講解。

1.農(nóng)機(jī)虛擬仿真的設(shè)計(jì)目的

本系統(tǒng)結(jié)合《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》的課程特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者塑造一定的情景，從“老師易教，學(xué)生易學(xué)”的角度出發(fā)，系統(tǒng)的設(shè)置以交互操作為主、演示教學(xué)為輔助，讓教師通過系統(tǒng)的考核監(jiān)控，了解學(xué)生在自主學(xué)習(xí)狀態(tài)下的學(xué)習(xí)情況和出現(xiàn)的問題，以及學(xué)生對(duì)農(nóng)業(yè)播種機(jī)器械的自主技術(shù)學(xué)習(xí)掌握、自我認(rèn)知考核等。

2.農(nóng)機(jī)虛擬仿真的系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)

農(nóng)機(jī)虛擬仿真通過5個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：

（1）建立農(nóng)業(yè)播種機(jī)工作的虛擬仿真場(chǎng)景，場(chǎng)景模型數(shù)據(jù)庫(kù)與農(nóng)機(jī)設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

（2）實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的工作行走

（3）實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)播種機(jī)的器械認(rèn)知、拆裝、操作

3.農(nóng)機(jī)虛擬仿真功能模塊：

4.登錄端口

農(nóng)業(yè)播種機(jī)分為：學(xué)生端和教師端，兩個(gè)操作端口。

下圖為登錄界面：

5.農(nóng)機(jī)虛擬仿真主要功能

（1）播種機(jī)理論學(xué)習(xí)

（2）播種機(jī)理論考核

（3）播種機(jī)設(shè)備認(rèn)知

（4）播種機(jī)設(shè)備拆卸

（5）播種機(jī)交互式仿真教學(xué)

（6）播種機(jī)交互式仿真考核

（7）播種機(jī)立體顯示

接下來對(duì)農(nóng)業(yè)播種機(jī)主要功能進(jìn)行簡(jiǎn)單圖文了解：

5.1理論學(xué)習(xí)

基礎(chǔ)理論包括教材文字、圖片、PPT等，按科目存放在數(shù)據(jù)庫(kù)里，學(xué)生進(jìn)入該功能模塊后可點(diǎn)擊選擇相應(yīng)的文件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)文件可通過教師端云平臺(tái)管理模塊進(jìn)行上傳、刪除、修改等管理操作。主要包括：播種機(jī)的原理理論、播種機(jī)的組成構(gòu)成、播種機(jī)的作業(yè)流程、播種機(jī)作業(yè)過程中的注意事項(xiàng)、播種機(jī)作業(yè)使用條件及影響等。

5.2題庫(kù)學(xué)習(xí)

教師端管理農(nóng)業(yè)播種機(jī)的題庫(kù)內(nèi)容，可以進(jìn)行增刪改等操作，學(xué)生端在題庫(kù)學(xué)習(xí)界面進(jìn)行題庫(kù)內(nèi)容訓(xùn)練，題庫(kù)主要分為判斷題和多選題。

5.3理論考核

學(xué)生根據(jù)教師端對(duì)理論考核的設(shè)置，模塊會(huì)自動(dòng)隨機(jī)生成相應(yīng)的試卷，進(jìn)行考核。考核主要分為判斷題考核和多選題考核。學(xué)生考核完成后，點(diǎn)擊右上角交卷，考核成績(jī)自動(dòng)上傳至學(xué)生端和教師端，學(xué)生端直接點(diǎn)擊成績(jī)查詢功能便可以查詢自己考試成績(jī)，而教師端可對(duì)所有學(xué)生的分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析評(píng)估。

5.4設(shè)備認(rèn)知

軟件構(gòu)建三維原理仿真環(huán)境，學(xué)生按照軟件功能設(shè)置指引，進(jìn)入模塊進(jìn)行上機(jī)實(shí)訓(xùn)，對(duì)上述模塊所展示的三維設(shè)備進(jìn)行交互式操作和控制，可以實(shí)現(xiàn)三種狀態(tài)的動(dòng)態(tài)展示：三維動(dòng)態(tài)模擬運(yùn)行透明展示、三維動(dòng)態(tài)模擬運(yùn)行外殼隱藏展示、三維動(dòng)態(tài)模擬解剖運(yùn)行展示。虛擬仿真運(yùn)行過程中，可以對(duì)播種機(jī)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、移動(dòng)觀察，實(shí)現(xiàn)播種機(jī)模擬工況原理運(yùn)行仿真教學(xué)和規(guī)范操作實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

爆炸式器械認(rèn)知：通過“爆炸”式，播種機(jī)器械分散開來，學(xué)生通過點(diǎn)擊分散開來的設(shè)備，對(duì)設(shè)備完成認(rèn)知。散開后設(shè)備的樣式也能夠看的非常清晰。

5.5設(shè)備拆卸、安裝

設(shè)備的拆卸及安裝：鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)備，拖動(dòng)至場(chǎng)景的任意地方，設(shè)備的任意地方均可以隨意拖動(dòng)，拆卸的過程中，通過學(xué)習(xí)前面的板塊，便會(huì)對(duì)設(shè)備有更進(jìn)一步的了解，當(dāng)拆卸完成后，可以進(jìn)行安裝操作，點(diǎn)擊飄散的設(shè)備，根據(jù)學(xué)習(xí)印象，放置原位。

學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)播種機(jī)需要對(duì)設(shè)備有全面的了解，不僅要了解設(shè)備的名稱，更需要后期對(duì)設(shè)備進(jìn)行良好的維護(hù)修理，所以，在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)內(nèi)，通過設(shè)備拆卸板塊，能夠快速了解設(shè)備的安裝位置等原理，快速對(duì)設(shè)備進(jìn)行掌握。

5.6交互仿真教學(xué)

該功能模塊實(shí)現(xiàn)了虛擬場(chǎng)景下人機(jī)交互式播種機(jī)作業(yè)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

實(shí)踐考核主要是學(xué)生通過該功能實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)技能學(xué)習(xí)和考核，該部分緊密圍繞播種機(jī)機(jī)械裝備的作業(yè)流程，通過實(shí)踐操作和考核，使學(xué)生掌握播種機(jī)機(jī)械裝備相關(guān)理論知識(shí)、組成原理、作業(yè)流程等知識(shí)和實(shí)踐技能。

在播種機(jī)作業(yè)仿真模塊訓(xùn)練成熟后，可在教師端的設(shè)置下開始仿真考核。教師端對(duì)播種機(jī)作業(yè)過程的每個(gè)步驟設(shè)置考核系數(shù)，學(xué)生根據(jù)播種機(jī)作業(yè)的每一個(gè)操作步驟完成操作，仿真考核不再有提示，考核結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)記錄并給出成績(jī)。

5.8立體顯示

系統(tǒng)立體顯示在液晶顯示器上即可體驗(yàn)，戴立體眼鏡即可看到播種機(jī)立體的外觀樣式，有一定的沉浸感體驗(yàn)，能激發(fā)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)興趣。

6.結(jié)語(yǔ)

通過計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)可視化技術(shù)，以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)播種現(xiàn)場(chǎng)為原型，從虛擬仿真教學(xué)的角度出發(fā)，在Untity平臺(tái)上開發(fā)了農(nóng)機(jī)虛擬仿真，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬仿真，并且對(duì)設(shè)備的拆裝、維修保養(yǎng)及工作原理進(jìn)行了在線展示，操作者可以通過虛擬仿真環(huán)境內(nèi)反復(fù)對(duì)各種農(nóng)機(jī)進(jìn)行拆裝以及故障維修訓(xùn)練，掌握農(nóng)業(yè)播種機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、維修保養(yǎng)等方面的知識(shí)，并且該系統(tǒng)考核模塊的設(shè)置更是對(duì)學(xué)生知識(shí)理解程度的檢驗(yàn)，應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“老師易教、學(xué)生易學(xué)”的教學(xué)目的，“畫面感”的場(chǎng)景設(shè)置提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深層次理解以及實(shí)踐能力的增強(qiáng)，是農(nóng)業(yè)機(jī)械教學(xué)模式的新突破。