XR 训练程序化仿真个人项目

TireSwap VR

TireSwapVR

一款完整轮胎更换流程的 VR 训练仿真——通过交互锁强制正确操作顺序,配合轮胎拆装机动画和多感官反馈,在每个环节给予即时确认。

个人项目VR 开发者 & 设计师IXDS712 期中 · 2026
Unity 6Meta QuestXR Interaction Toolkit 3.3Unity TimelineC#
Workshop Environment
TireSwap VR 修理厂环境

为什么做这个

职业培训资源稀缺、成本高昂

7万

美国每年新增汽车技师岗位缺口,其中经销商渠道未填补职位超过 5.6 万个。

$28K

完成一套实体汽车维修培训课程的最高花费——设备和实训场地是主要门槛。

275%

相比传统培训方式,VR 训练后学员技能应用自信度提升幅度(职业培训研究数据)。

场景结构

两个场景——先练习,再实操

场景 01 — 大厅

工具熟悉

三项顺序任务:将 4 个轮胎放上储存架、用扭力扳手拧松练习螺母、按下门按钮。每项任务在前一项完成前保持锁定。

场景 02 — 仿真

完整换胎操作

在车辆上完成 9 步完整流程,包括操作轮胎拆装机和动平衡机,对每个车轮重复执行。

仿真操作流程

9 步流程,由交互锁强制执行

拆装机负责第 04–05 步,内部有独立的状态机驱动动画。升车未完成前螺母锁定;5 颗螺母未取下前轮胎不可抓取。

01
升起车辆长按升降按钮将车抬至工作高度——未完成抬升前,所有螺母处于锁定状态,无法交互。
02
取下螺母用扭力扳手对准每颗螺母并按住 1 秒,5 颗全部取下后轮胎才变为可抓取状态。
03
取下轮毂抓住完整轮毂总成,将其搬运至轮胎拆装机旁。
04
从轮辋上拆下轮胎将轮毂放入拆装机插槽,拆卸动画自动播放,橡胶轮胎作为输出被生成。
05
安装新轮胎将新橡胶轮胎送入拆装机,安装动画播放后输出组装完成的新轮毂。
06
动平衡将组装好的轮毂送入平衡机,这是简化仿真中常被省略但实际不可缺少的关键步骤。
07
安装轮毂将平衡后的轮毂搬回车轮位置,以正确朝向套上轮轴。
08
拧紧螺母用扳手按对角星形顺序拧紧全部 5 颗螺母,每颗需按住 1 秒才算锁紧。
09
放下车辆将升降台降回地面,TrainingSequenceManager 确认任务完成,进入下一个车轮的操作。

空间设计

修理厂平面布局

旧轮胎放置区、新轮胎区、举升点和工具位置均有明确划分——空间布局强化操作习惯。玩家起始位置、扭矩规格显示屏和气动扳手的位置均参照真实修理厂工作流程设计。

修理厂平面布局草图

设计决策

为什么这样设计

设计决策 01

用交互锁强制程序,而非仅靠提示警告

螺母默认分配在 LockedNut 交互层,轮胎的抓取组件在 5 颗螺母全部取下前保持禁用。操作按钮在大厅任务完成前无法触发。正确的顺序是唯一可能的顺序,而不仅仅是推荐顺序。

设计决策 02

两场景结构——先独立练习,再综合实操

大厅场景单独训练工具操作:将轮胎放上架子、用扳手拧螺母、按下门按钮。完成基本操作后才进入完整仿真。认知负荷理论表明,新手在子技能分开练习后再综合应用,学习效果更好。

设计决策 03

多感官反馈——在不打破沉浸感的前提下确认状态

每次任务完成同时触发三个通道:强而短促的震动脉冲(区别于操作中持续的低频震动)、一次性成功音效,以及视觉状态变化。学员像真实技师一样——通过触觉感知任务完成。

设计决策 04

引导注意力——灯光与 UI 同步激活

TrainingSequenceManager 在每个步骤同时激活 UI 面板和场景灯光组:灯光在空间上高亮相关物体,面板解释操作内容。先指向位置,再说明操作——和真实教练的做法完全一致。

资产库

为每个交互定制的 Prefab

轮胎、轮辋、螺母、扳手、升降臂和场景内手机 UI 均单独配置了 XRI 抓取逻辑、交互层和吸附约束。

Unity Prefab 库——螺母、轮胎、轮辋、工具和 XR 可交互物体

技术栈

使用的技术

引擎
Unity 6 (6000.3.5f2)
渲染
Universal Render Pipeline (URP)
XR 框架
XR Interaction Toolkit 3.3.1 · OpenXR 1.16.1
手部追踪
XR Hands 1.7.2
输入
Unity Input System 1.17.0
动画
Unity Timeline 1.8.10 + Animator
材质
Substance
平台
Meta Quest (Android XR)

反思

哪些做好了,哪些还能更进一步

做好的部分

仿真实现了完整的端到端换胎流程,步骤强制逻辑让操作规范感觉自然而不是惩罚性的。拆装机状态机通过 Animator 事件而非协程计时器驱动,动画与逻辑完全同步。

还能更进一步

更真实的工具阻力、扭矩精度反馈、完整的错误状态和恢复流程,以及不同车型和车轮尺寸的变体。当前版本训练的是操作流程,下一个版本应该训练判断力。

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