为改善传统农业机械教学过程中“老师难教，学生难懂”的局面，从虚拟仿真实训的角度出发，以现代农场为原型，基于Unity3D虚拟现实开发平台，河南兰幻软件技术有限公司设计开发了“农机虚拟仿真”软件。农机虚拟仿真实现了虚拟农场中农机设备生产作业的虚拟可视化，并且对播种器械的认知和拆装，维护保养及工作原理进行了解，具有非常大的实用性和教学价值。接下来将为大家介绍该系统的设计思想、实现内容、功能模块等进行讲解。

1.农机虚拟仿真的设计目的

本系统结合《农业机械学》的课程特点，为学习者塑造一定的情景，从“老师易教，学生易学”的角度出发，系统的设置以交互操作为主、演示教学为辅助，让教师通过系统的考核监控，了解学生在自主学习状态下的学习情况和出现的问题，以及学生对农业播种机器械的自主技术学习掌握、自我认知考核等。

2.农机虚拟仿真的系统开发任务

农机虚拟仿真通过5个模块实现以下内容：

（1）建立农业播种机工作的虚拟仿真场景，场景模型数据库与农机设备模型数据库的建立

（2）实现农业播种机的工作行走

（3）实现农业播种机的器械认知、拆装、操作

3.农机虚拟仿真功能模块：

4.登录端口

农业播种机分为：学生端和教师端，两个操作端口。

下图为登录界面：

5.农机虚拟仿真主要功能

（1）播种机理论学习

（2）播种机理论考核

（3）播种机设备认知

（4）播种机设备拆卸

（5）播种机交互式仿真教学

（6）播种机交互式仿真考核

（7）播种机立体显示

接下来对农业播种机主要功能进行简单图文了解：

5.1理论学习

基础理论包括教材文字、图片、PPT等，按科目存放在数据库里，学生进入该功能模块后可点击选择相应的文件进行自主学习，基础理论数据文件可通过教师端云平台管理模块进行上传、删除、修改等管理操作。主要包括：播种机的原理理论、播种机的组成构成、播种机的作业流程、播种机作业过程中的注意事项、播种机作业使用条件及影响等。

5.2题库学习

教师端管理农业播种机的题库内容，可以进行增删改等操作，学生端在题库学习界面进行题库内容训练，题库主要分为判断题和多选题。

5.3理论考核

学生根据教师端对理论考核的设置，模块会自动随机生成相应的试卷，进行考核。考核主要分为判断题考核和多选题考核。学生考核完成后，点击右上角交卷，考核成绩自动上传至学生端和教师端，学生端直接点击成绩查询功能便可以查询自己考试成绩，而教师端可对所有学生的分数进行统计分析评估。

5.4设备认知

软件构建三维原理仿真环境，学生按照软件功能设置指引，进入模块进行上机实训，对上述模块所展示的三维设备进行交互式操作和控制，可以实现三种状态的动态展示：三维动态模拟运行透明展示、三维动态模拟运行外壳隐藏展示、三维动态模拟解剖运行展示。虚拟仿真运行过程中，可以对播种机进行360度旋转、放大、缩小、移动观察，实现播种机模拟工况原理运行仿真教学和规范操作实训教学。

爆炸式器械认知：通过“爆炸”式，播种机器械分散开来，学生通过点击分散开来的设备，对设备完成认知。散开后设备的样式也能够看的非常清晰。

5.5设备拆卸、安装

设备的拆卸及安装：鼠标点击设备，拖动至场景的任意地方，设备的任意地方均可以随意拖动，拆卸的过程中，通过学习前面的板块，便会对设备有更进一步的了解，当拆卸完成后，可以进行安装操作，点击飘散的设备，根据学习印象，放置原位。

学习农业播种机需要对设备有全面的了解，不仅要了解设备的名称，更需要后期对设备进行良好的维护修理，所以，在虚拟仿真实训内，通过设备拆卸板块，能够快速了解设备的安装位置等原理，快速对设备进行掌握。

5.6交互仿真教学

该功能模块实现了虚拟场景下人机交互式播种机作业的全过程，每一操作步骤均可得到提示，交互仿真操作步骤不低于10步。

5.7交互仿真考核

实践考核主要是学生通过该功能实现实训技能学习和考核，该部分紧密围绕播种机机械装备的作业流程，通过实践操作和考核，使学生掌握播种机机械装备相关理论知识、组成原理、作业流程等知识和实践技能。

在播种机作业仿真模块训练成熟后，可在教师端的设置下开始仿真考核。教师端对播种机作业过程的每个步骤设置考核系数，学生根据播种机作业的每一个操作步骤完成操作，仿真考核不再有提示，考核结束后系统自动记录并给出成绩。

5.8立体显示

系统立体显示在液晶显示器上即可体验，戴立体眼镜即可看到播种机立体的外观样式，有一定的沉浸感体验，能激发学生的实训兴趣。

6.结语

通过计算机建模与仿真技术、虚拟现实可视化技术，以现代农业播种现场为原型，从虚拟仿真教学的角度出发，在Untity平台上开发了农机虚拟仿真，实现了真实农业机械虚拟仿真，并且对设备的拆装、维修保养及工作原理进行了在线展示，操作者可以通过虚拟仿真环境内反复对各种农机进行拆装以及故障维修训练，掌握农业播种机的内部结构、工作原理、维修保养等方面的知识，并且该系统考核模块的设置更是对学生知识理解程度的检验，应用结果表明，该系统实现了“老师易教、学生易学”的教学目的，“画面感”的场景设置提高了学生的学习兴趣，有效促进学生对知识点的深层次理解以及实践能力的增强，是农业机械教学模式的新突破。