謝飛

【摘要】本文以電梯限速器為例，介紹了基于3Dmax建模和Converse3D虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的電梯下擺式凸輪棘爪式限速器三維虛擬展示互動(dòng)課件的制作過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】3Dmax；三維展示；虛擬現(xiàn)實(shí)；計(jì)算機(jī)仿真

引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，教育教學(xué)的手段在不斷的換代更新，從傳統(tǒng)的黑板板書(shū)，到膠片幻燈片，再到基于PPT或其他制作軟件的多媒體動(dòng)畫(huà)課件展示，生硬的課本文字和圖表描述變得越來(lái)越豐富，生動(dòng)和易于理解。然而，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更是將課堂帶入引人入勝的虛擬世界體驗(yàn)。它的逼真的三維立體模型與場(chǎng)景，具有沉浸感的動(dòng)態(tài)交互效果是幻燈或普通計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)不可比擬的。

電梯的限速器、安全鉗等機(jī)械結(jié)構(gòu)形式多樣，設(shè)計(jì)巧妙。而它們的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過(guò)程用語(yǔ)言較難描述。僅使用結(jié)構(gòu)圖也較難讓學(xué)生有直觀的印象。因此，在這里我們以下擺式凸輪棘爪式限速器為例，嘗試將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)，力圖在沒(méi)有條件使用實(shí)物的情況下，將文字或插圖的描述表現(xiàn)的更為真實(shí)和直觀和便于理解接受與記憶。

一、限速器模型與動(dòng)畫(huà)的建立

3Dmax是廣泛用于影視動(dòng)畫(huà)、廣告、工業(yè)設(shè)計(jì)、游戲和教學(xué)展示的三維渲染軟件。此外3Dmax可以方便的導(dǎo)出虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Converse3D使用的模型文件。在3Dmax2012中，我們使用路徑放樣、布爾運(yùn)算、多邊形編輯等工具建立了限速器的模型，并賦予適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)，如圖1所示。

建模完成后我們對(duì)它進(jìn)行關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的制作，制作的方法類似于Flash。先指定關(guān)鍵幀，然后在關(guān)鍵幀中調(diào)節(jié)制動(dòng)輪、彈簧和擺桿的位置，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成中間幀的動(dòng)作過(guò)程。

二、互動(dòng)設(shè)計(jì)

3Dmax只能對(duì)模型或制作好的動(dòng)畫(huà)進(jìn)行渲染，而不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的人機(jī)互動(dòng)。所以，互動(dòng)效果我們?cè)贑onverse3D軟件中設(shè)計(jì)制作。Converse3D虛擬現(xiàn)實(shí)引擎是由北京中天灝景網(wǎng)絡(luò)科技有限公司研發(fā)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件，廣泛的應(yīng)用于城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、古跡復(fù)原、娛樂(lè)藝術(shù)與教育等行業(yè)?？蓪?shí)現(xiàn)虛擬培訓(xùn)、虛擬裝配、虛擬生產(chǎn)線等功能。在Con-verse3D環(huán)境中我們可以進(jìn)行虛擬漫游，或?qū)φ故緦?duì)象進(jìn)行虛擬操作。這里我們讓學(xué)生可以自由的放大，縮小，旋轉(zhuǎn)甚至拆分和組裝虛擬機(jī)械的任何部分。從而達(dá)到多角度直觀的觀察和分析結(jié)構(gòu)和動(dòng)作。

我們將這個(gè)虛擬環(huán)境課件打包生成.EXE執(zhí)行文件，使虛擬環(huán)境課件的使用不受運(yùn)行環(huán)境的約束，可以拷貝在任何計(jì)算機(jī)上，雙擊運(yùn)行展示文件。如圖2和圖3所示。

三、總結(jié)

電梯是一部機(jī)械電氣緊密結(jié)合，內(nèi)部機(jī)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。然而，我們將虛擬現(xiàn)實(shí)這一技術(shù)應(yīng)用在電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，可以讓學(xué)生理解書(shū)中文字甚至靜態(tài)圖片難以表達(dá)清楚的機(jī)械部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)與動(dòng)作過(guò)程。與傳統(tǒng)的多媒體動(dòng)畫(huà)不同的是，在虛擬世界當(dāng)中，同學(xué)可以通過(guò)鼠標(biāo)的拖拽，按照自己的觀察意愿任意操縱虛擬世界當(dāng)中的機(jī)電設(shè)備以觀察其反應(yīng)。

此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用也讓我們不必購(gòu)置昂貴的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備或?qū)嵨锬Ｐ?。即使擁有?shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，虛擬的訓(xùn)練也可減少和避免實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的損壞、訓(xùn)練材料的消耗，有效節(jié)約教育成本，更不會(huì)因操作失誤而造成人身事故。相信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中將會(huì)發(fā)揮不可替代的作用。