楊起俊 牛 禧

（重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院，重慶 402247）

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR)，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域[1]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的電子信號(hào)，將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實(shí)中真真切切的物體，也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì)，通過三維模型表現(xiàn)出來。因?yàn)檫@些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的，而是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出來的現(xiàn)實(shí)中的世界，故稱為虛擬現(xiàn)實(shí)[2]。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特有的特點(diǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬危險(xiǎn)的實(shí)際操作，在越來越多的高危行業(yè)中得到了應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)、軍事、航空航天等方面。

2 射線探傷教學(xué)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的必要性

2.1 射線探傷的發(fā)展現(xiàn)狀

焊接是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中最重要的加工手段之一，由于工作條件、加工特點(diǎn)以及人員操作技術(shù)水平影響，焊接后的焊接接頭難免會(huì)產(chǎn)生缺陷，如果缺陷超出標(biāo)準(zhǔn)，影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，甚至造成重大事故。無損探傷是焊接接頭主要檢測手段，無損探傷有射線探傷、超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、熒光探傷等成熟的技術(shù)，其中，射線探傷是最直觀、最準(zhǔn)確的一種方法。特別是在管道、壓力容器、船舶制造等行業(yè)廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國20世紀(jì)末各行業(yè)各級(jí)別無損檢測人員有10萬人左右，近10年來，我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，而機(jī)械制造、化工、冶金及基礎(chǔ)建設(shè)的增長速度更是高于經(jīng)濟(jì)增長速度，無損檢測人員的需求以年約10%的速度增長。根據(jù)國家質(zhì)檢總局公布的全國無損檢測人員的缺口大致為3萬人[3]。

2.2 射線探傷教學(xué)中突出的問題

射線探傷主要采用γ射線和X射線兩種方法，它們都具有很高的危險(xiǎn)性，特別是γ射線使用的放射源，受到政府部門嚴(yán)格控制，并且由于衰減，需要定期更換放射源，提高了教學(xué)成本，所以在各種培養(yǎng)機(jī)構(gòu)想要進(jìn)行射線教學(xué)是非常困難的。

劉軍華構(gòu)建工業(yè)X射線探傷擬真教學(xué)體系，開發(fā)了X射線探傷擬真教學(xué)軟件[4]，筆者認(rèn)為，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬真實(shí)的工作環(huán)境進(jìn)行教學(xué)，避免了直接接觸射線的危險(xiǎn)，解決了設(shè)備耗材的成本問題，相對(duì)于虛擬仿真技術(shù)，“沉浸式”教學(xué)體驗(yàn)更能提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)更容易理解吸收。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在射線探傷教學(xué)中實(shí)現(xiàn)的方式

3.1 射線探傷操作模擬

以γ射線和X射線的參數(shù)不同、照射方式、焊接結(jié)構(gòu)不同，可以搭建板對(duì)接焊縫單壁成像、小徑管雙壁雙影成像、筒體對(duì)接（環(huán)焊縫、縱焊縫）全景曝光等模擬工作場景。

設(shè)置射線探傷靈敏度影響因素，射線探傷靈敏度影響因素主要分為對(duì)比度、不清晰度和顆粒度等三大要素，此三大要素又分別受到不同工藝因素影響，所以對(duì)于射線探傷靈敏度計(jì)算較復(fù)雜，為了簡化探傷人員工作內(nèi)容，模擬現(xiàn)場探傷真實(shí)工作情況，一般情況下，固定了若干影響因素（如增感方式、膠片黑度），設(shè)置若干變量（射線能量、透照厚度、曝光時(shí)間、入射角度等），γ射線和X射線都會(huì)制作相對(duì)的曝光曲線，再以典型的探傷設(shè)備的曝光曲線推導(dǎo)出計(jì)算公式，設(shè)為VR軟件的計(jì)算程序。當(dāng)學(xué)員進(jìn)入射線探傷VR場景，模擬探傷工作，學(xué)員會(huì)調(diào)整變量，程序后臺(tái)通過計(jì)算公式，得出一組靈敏度數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)了一張射線膠片，將膠片實(shí)例化，供學(xué)員觀看分析。

從射線探傷操作模擬教學(xué)模塊中，可以學(xué)習(xí)到各種典型焊接結(jié)構(gòu)的透照方式選擇；一次透照長度的計(jì)算、曝光曲線中射線能量、透照厚度、曝光時(shí)間等參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系及選擇，基本還原了射線探傷工作過程。

3.2 暗室處理

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬暗室洗片操作，步驟包括配液、顯影、定影、水洗和烘干等，借助其他學(xué)習(xí)資源，或者在軟件里詳細(xì)講解，幫助學(xué)生熟悉顯影的原理、影響因素、顯影和定影的時(shí)間、水溫控制等知識(shí)，掌握了暗室處理整個(gè)流程的熟悉度以及各個(gè)步驟的正確操作方法。

3.3 底片評(píng)定

建立射線探傷資源庫，包含大量焊接缺陷案例。學(xué)生可在計(jì)算機(jī)軟件上練習(xí)評(píng)片，既能避免在學(xué)習(xí)過程中誤操作劃傷膠片，又能擺脫膠片資源缺少的問題，還能提高學(xué)習(xí)效率，通過題庫隨機(jī)抽題反復(fù)練習(xí)，形成牢固的記憶。

3.4 安全操作提示

安全是射線探傷重中之重的工作，在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中，安全操作提示貫穿整個(gè)射線探傷過程，這樣可以讓學(xué)員注意某些不容易發(fā)現(xiàn)的隱患，提高學(xué)員安全意識(shí)，形成正確的操作規(guī)范，避免今后發(fā)生安全事故，比如射線探傷開始前，需要清空探傷室人員，檢查門是否關(guān)閉，打開射線作業(yè)指示燈，若學(xué)生這些操作未完成，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出安全警告，提醒學(xué)生。

4 結(jié)語

通過先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬射線探傷學(xué)習(xí)，有許多可取之處，在保障安全的情況下，有助于增強(qiáng)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效率，并節(jié)約了成本，保障了學(xué)員的安全，是一種可推廣的技術(shù)。