[摘           要]  基于Unity 3D，开发了汽车发动机构造与维修AR教学软件，产品形态上表现为APP，分为安卓版和IOS版。开发本教学软件，关键技术主要包括跟踪注册技术、显示技术、人机交互技术。在跟踪注册技术方面，采用基于计算机视觉的跟踪注册技术;在显示技术方面，适配透视式头盔显示器和智能移动终端;在人机交互技术方面，采用蓝牙输入（透视式头盔显示器）和触控（智能移动终端）。底层识别算法由Vuforia SDK提供;屏幕识别技术采用FingerGestures插件实现。应用效果表明，所开发的教学软件具备新形态一体化教材的所有优点;此外，该教学软件能够在最贴近自然的交互形式下为学习者搭建一个自主探索的空间，进而改变教育方式，改变阅读方式。除了提供汽车发动机构造与维修AR教学软件，还为后续增强现实教育教学软件开发者提供方法论指引和技术指引。
　　[关    键   词]  Unity 3D;发动机;构造;维修;增强现实
　　[中图分类号]  TP391.9               [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2021）15-0106-03
　　 汽车发动机构造与维修课程是普通高校、高职高专、中职学校汽车类各专业的主干课程之一。该课程教学包括理论教学和实践教学。理论教学系统讲解发动机的总体构造、发动机的基本工作原理;实践教学通过拆、装发动机，增进学生对发动机结构的感性认知，获得检测、拆装、维修发动机的基本技能，并对发动机各部分原理进行分析、验证[1]。可见，汽车发动机构造与维修课程是一门与实践环节紧密联系的课程，这对相关教学资源的质量和形态提出了极高的要求。
　　 目前，汽车发动机构造与维修课程的相关教学资源在形态上主要表现为新形态一体化教材及相关多媒体教学资源库、实物实验资源、虚拟仿真实验资源等[1-3]。这些教学资源，虽然能够有效支撑教师开展“翻转课堂”“混合式教学”等教学活动，但也存在较大的改进空间。例如，目前新形态一体化教材的电子素材主要包括PPT、视频、音频、CAD三维构图、Flash动画等，主要靠声、光、电的综合运用吸引学生的注意力，提高学习興趣。各种媒体资源的相互作用比较简单，学生面对的是其简单联合、合作，不同媒体形式之间还存在一定的隔阂，有时候不得不面对单选题，比如数字阅读与纸质阅读[4]。
　　 增强现实（Augmented Reality，AR）技术的发展为改进上述不足提供了一条现实路线。AR是对真实环境的增强，将计算机生成的虚拟信息实时、准确地叠加到真实场景中，创造出一种全新的体验和交互方式，实现虚拟现实与人们生活的零距离接触[5]。将AR技术与云平台融合，设计、开发汽车发动机构造与维修AR教学软件，能够在最贴近自然的交互形式下为学生搭建一个自主探索的空间，进而改变教育方式，改变阅读方式[6]。
　　 基于上述观点，本文设计并实现汽车发动机构造与维修AR教学软件。在下文中，如无特别说明，将汽车发动机构造与维修AR教学软件简称为“发动机AR教学软件”。
　　 一、发动机AR教学软件设计
　　 （一）发动机AR教学软件的结构、资源和内容
　　 发动机AR教学软件的内容非常广泛，大体上分为三个部分[3]：（1）汽车发动机的总体构造。（2）发动机在汽车上的布置以及各机构和各系统的装配关系。（3）现代发动机的新技术、新结构和新材料。这就要求发动机AR教学软件在设计阶段，必须统筹兼顾，既要涵盖所有讲授内容，又要做到突出重点、力求实效，有效帮助学生掌握发动机结构原理知识和相关技术技能。因此，发动机AR教学软件采用理实一体化的教学设计[7]，根据学生的特点和职业工作需求，采用任务驱动方式安排教学内容。例如，内燃机汽车四冲程汽油机由两大机构（曲柄连杆机构和配气机构）、五大系统（燃料供给系、点火系、润滑系、冷却系、起动系）组成。相应的，发动机AR教学软件由10个单元、24个工作任务构成。根据实际情况，每个工作任务又被细分成若干个工作子任务。最终，，发动机AR教学软件由10个单元、24个工作任务、58个工作子任务构成。
　　 （二）发动机AR教学软件的功能
　　 1.发动机AR教学软件的功能性需求
　　 发动机AR教学软件在产品形态上表现为APP，分为安卓版和IOS版。发动机AR教学软件适配的显示技术包括透视式头盔显示器和智能移动终端[8]。对于两种显示技术，发动机AR教学软件在功能性方面的需求大同小异，区别主要表现在人机交互技术方面。限于篇幅，本文仅给出适配智能移动终端的发动机AR教学软件的功能性需求，如下表所示。
　　 2.发动机AR教学软件的体系结构
　　 根据上表，确定发动机AR教学软件的体系结构如图1所示。发动机AR教学软件包括两个基本功能模块：AR扫描、资源库。
　　 （1）AR扫描
　　 学习者使用AR扫描模块扫描纸质上或网页上的图片，可以获取与图片对应的模型资源。发动机AR教学软件的显著优点是：支持下载资源离线使用。利用这一特性，学习者可以提前下载好下次需要学习的资源，避免在线下载等待时间过长而出现卡顿现象。资源下载后，学习者可以对资源模型进行相应的操作，包括但不限于拆装、放大、缩小、旋转等。
　　 （2）资源库
　　 资源库界面为资源下载界面，分为资源管理和资源列表，资源列表以表格形式陈列可供下载的资源;资源管理对已下载或在下载的资源进行管理，可对资源进行删除，资源在删除后可以再次下载。

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