虚拟现实技术作为21世纪被广泛应用的新一代信息技术,凭借直观的3D视觉效果、良好的人机交互体验,在2016年后,其市场及行业应用得到了井喷式发展。教育是国家的民生大计,国家正致力于推进信息技术与高等教育、职业教育的深度融合,而虚拟现实技术在教育领域的不断深入应用,实现了教学资源从文字到图像、二维到三维、静态到动态、单向到交互的转变,推动了教育的创新发展,实现了新型数字化课程的教学模式。本课题的研究是开发基于虚拟现实技术的塔机操作模拟培训系统,该系统以软件系统与硬件系统结合作为开发路线,采用Unity 3D为开发平台,开发了塔式起重机的三维可视化VR教学资源,并通过计算机采集、处理塔机联动台和HTC Vive设备的输出信号,完成硬件的配套开发,实现了塔机虚实结合的模拟培训效果。本文分别论述了塔机操作模拟培训系统软件模块和硬件设备两部分的设计开发方案,讲解了该系统的开发过程。本课题主要研究内容包括以下几个方面:(1)系统总体方案设计及资料收集。塔机操作模拟系统分别对硬件系统和软件系统进行开发,因而要分别准备硬件设备、软件开发需要的素材。硬件设备主要包括计算机、塔机联动台、HTC Vive设备、数据采集板、开关电源、RS232数据线等;软件系统是创建直观的三维可视化虚拟环境,在开发前需要完成塔式起重机及环境的三维模型、模型材质贴图、模型动画、系统用户界面(UI)等素材的准备,其中,塔机模型是利用建模软件3Ds Max依据Auto CAD图纸进行制作,并完成整机安装,通过fbx文件格式导入虚拟现实平台中。(2)塔机操作模拟培训系统软件系统的开发。该模块根据国家住建部颁发的编号为JGJ196-2010建筑塔式起重机行业标准的要求及安全培训的需求,对塔机操作培训的知识点进行VR资源开发,主要内容包括:塔机的操作规程、三维模型展示塔机各结构、动画展示塔机的安装与拆卸过程、通过定点停放和转杆撞木模拟塔机操作。(3)塔机操作模拟培训系统硬件系统的开发。该模块主要介绍HTC Vive设备和塔机联动台的基本知识,搭建HTC Vive设备开发环境,选择合适型号的信号采集器、设计信号采集器与塔机联动台的连接电路,完成硬件设备的电路连接。(4)塔机操作模拟培训系统的安装调试。在分别完成硬件系统和软件系统的设计方案后,对整体塔机模拟培训系统进行安装调试,并讲解该系统主要功能的开发过程。塔机操作模拟培训系统真正实现了虚实结合的教学培训模式,通过构建情景体验式的塔机VR资源,将复杂、抽象的塔机操作规程通过表现力和感染力更强的媒介呈现给使用者,使用者可反复使用该系统进行塔机的培训学习;另一方面,塔机模拟培训系统将使用者融入到虚拟环境中,与虚拟对象进行深度的交互,将使用者的被动学习状态转变为主动学习,大幅度提高塔机培训学习的效率。同时,该系统有效地克服了塔机培训周期长、危险系数高、成本高等难题。