柴群 梁劍波

摘要：虛擬裝配是虛擬制作的關(guān)鍵技術(shù)之一，基于虛擬裝配的虛擬實驗室既可以滿足一般學(xué)習(xí)、訓(xùn)練的需要，又可以節(jié)約實驗經(jīng)費。該文結(jié)合凱里學(xué)院《計算機(jī)檢修》課程，利用Virtools軟件設(shè)計了虛擬計算機(jī)裝配實驗室，供學(xué)生模擬訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：虛擬裝配；Virtools；虛擬裝配實驗室

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)18-4522-03

虛擬裝配[1]（Virtual Assembly，VA）是虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，它是在一個計算機(jī)環(huán)境中，利用裝配操作模型，通過零部件之間約束關(guān)系，將零部件準(zhǔn)確的裝配到所約束的位置上。從圖形效果來說，虛擬裝配的可視化可以實現(xiàn)一個具有交互性的三維虛擬場景的演示，用戶及工程設(shè)計人員可以從任意方位觀察、隨意操縱、裝配任何零部件。虛擬裝配實驗室[2]是采用虛擬裝配技術(shù)設(shè)計的一個應(yīng)用系統(tǒng)，用戶可以通過此系統(tǒng)參與某個專題的研究、訓(xùn)練等。

虛擬裝配實驗室采用C/S或B/S結(jié)構(gòu)（總體結(jié)構(gòu)如圖1）包括客戶端和服務(wù)器端。客戶端如果要想正確瀏覽Virtools文件必須安裝Virtools Web Player播放器。該播放器支持IE瀏覽和直接瀏覽的方式，該文中選擇直接瀏覽的方式。圖1虛擬裝配實驗室架構(gòu)

服務(wù)器端提供能夠完成各種虛擬裝配實驗的后臺支持，該數(shù)據(jù)庫包括實驗必須的各種儀器庫、實驗庫。儀器庫存儲實驗中需要的各種儀器，供不同實驗調(diào)用，實現(xiàn)重復(fù)使用的效果。實驗庫對應(yīng)于不同的組裝實驗?zāi)K，并提供虛擬實驗室的擴(kuò)展性。

基于虛擬裝配的實驗室應(yīng)包含多類裝配實驗，每一類實驗又是該類的一個子集。對于每個實驗可以理解為一個具體的實驗?zāi)K，只有用戶選擇某個試驗后，虛擬實驗室才自動調(diào)用相應(yīng)的實驗?zāi)K，并激活該模塊。對于每個虛擬裝配實驗來說，其功能大致相同，都包含實驗介紹，裝配演示，虛擬裝配功能、零部件上傳。如圖2所示：圖2虛擬裝配實驗室模

該文采用Virtools 4.0提供的場景管理（Scene manager）把每個虛擬裝配實驗封裝在相應(yīng)的場景里（Scene）組成對應(yīng)的實驗?zāi)K。具體方法是：每個虛擬裝配實驗封裝在每個場景里，通過場景信息【Message】進(jìn)行信息控制，實驗名稱顯示在管理界面上，并和實驗?zāi)K一一對應(yīng)，當(dāng)點擊相應(yīng)的實驗名稱時激活實驗場景。

虛擬裝配實驗室的建設(shè)涉及到模型的制作、用戶界面、裝配演示和手動裝配、各模塊間的交互、模型庫的設(shè)計及后期的發(fā)布，該文以計算機(jī)組裝為例，介紹虛擬裝配實驗室的設(shè)計過程。

圖4裝配演示/虛擬裝配界面

制作完界面后，命名封裝起來，等待后期交互設(shè)計使用。

3.3裝配演示和手動裝配

計算機(jī)虛擬裝配實例的裝配演示主要是完成計算機(jī)零部件的分解與重組。重點涉及到陣列的建立，計算機(jī)零部件初始坐標(biāo)的獲取，分解后坐標(biāo)的獲取，如何恢復(fù)初始狀態(tài)及鼠標(biāo)點選計算機(jī)零部件對象并拖動對象的制作。

1）裝配演示

裝配演示是在獲取了計算機(jī)各零部件對象初始坐標(biāo)和分解坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)部件對象由初始位置漸進(jìn)移動到分解位置，裝配演示腳本如圖5：圖5裝配演示腳本

2）手動裝配

虛擬裝配是按照裝配演示的反順序的方式進(jìn)行。在虛擬現(xiàn)實中，基本的交互工具就是鼠標(biāo)，通過鼠標(biāo)選取選擇計算機(jī)零部件，并且零部件可以跟隨鼠標(biāo)進(jìn)行移動。手動裝配腳本如圖6：

圖9虛擬裝配的激活腳本3.5模型庫的設(shè)計

由于裝配實驗室的模型較多，可以對其分類存儲在一個數(shù)據(jù)庫(該文以SQL Server2005為例)，通過Virtools Server服務(wù)器相連，對模型庫進(jìn)行管理，如添加、刪除、更改等。3.6系統(tǒng)發(fā)布

計算機(jī)虛擬裝配系統(tǒng)編輯完成后，就可以進(jìn)行發(fā)布。Virtools 4.0[4]中有兩種發(fā)布方式：可執(zhí)行播放方式、網(wǎng)頁播放方式。為了能正常播放，需要安裝3D Life Player (For Virtools 4.0)播放器（此軟件可以從Virtools官方網(wǎng)站下載）。

虛擬裝配技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)和傳統(tǒng)裝配技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，作為一門新興的技術(shù)，在虛擬裝配訓(xùn)練、學(xué)習(xí)方面具有獨特的作用。合理的運(yùn)用虛擬裝配技術(shù)，必然會促進(jìn)裝配技術(shù)的發(fā)展。

[1]韋有雙,楊湘龍,王飛,等.虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004:1-4,190-194,210-211.

[2]廖婷.基于3D和EON的中學(xué)虛擬化學(xué)實驗的研究與設(shè)計[D].南充:西華師范大學(xué),2007:5-7.

[3]李自力.虛擬現(xiàn)實中基于圖形與圖像的混合建模技術(shù)[J].中國圖像圖形學(xué)報,2001,6(1):96-101.

[4] http://www.virtools.com.cn/（Virtools中國官方網(wǎng)）