費(fèi)姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

基于KeyShot5.0對(duì)機(jī)床建模后的虛擬場景實(shí)現(xiàn)及教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用

費(fèi)姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

KeyShot是一個(gè)互動(dòng)性的光線追蹤與全域光渲染程序，可產(chǎn)生相片般真實(shí)的3D渲染影像。文章簡單闡述了利用KeyShot5.0對(duì)完成建模的CA6140臥式機(jī)床的渲染過程，并展示了在虛擬軟件環(huán)境下的相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)，并舉例演示在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用。

KeyShot；渲染；虛擬；實(shí)踐

0 引言

KeyShot意為“The Key to Amazing Shots”，是一個(gè)基于LuxRen-der內(nèi)核的實(shí)時(shí)光線跟蹤和全局照明程序。它通過對(duì)材質(zhì)-環(huán)境-光照-貼圖的模塊化設(shè)定，操作者即可看到渲染后的效果。KeyShot可以直接打開三維模型,能很好的支持多種3D軟件格式且兼容性強(qiáng)。KeyShot自帶豐富材質(zhì)樣式近200種類型。另外Keyshot也是有名的急速工業(yè)渲染器，在渲染光滑反光材質(zhì)時(shí)軟件進(jìn)行即時(shí)著色，運(yùn)算迅速，渲染效果突出。

1 模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

1.1 模型導(dǎo)入

KeyShot5不能直接創(chuàng)建三維零件，需要先使用Solidworks三維軟件創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體格式的圖檔。因此，之前先利用Solidworks對(duì)CA6140型臥式車床的所有零部件完成建模，并都保存為Step通用格式，以便導(dǎo)入。在執(zhí)行文件導(dǎo)入過程中，在格式中選擇所有格式，導(dǎo)入轉(zhuǎn)換的圖檔，導(dǎo)入的模型路徑和模型文件名必須為全英文，如圖1所示。

圖1 文件導(dǎo)入圖

1.2 材質(zhì)設(shè)置及模型渲染

Keyshot5中提供了材質(zhì)庫，也可以進(jìn)行許多的網(wǎng)絡(luò)材質(zhì)和環(huán)境的下載。文件導(dǎo)入之后，便可打開資源庫。Keyshot5軟件可以在項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染及最終渲染。也可以通過設(shè)置渲染的質(zhì)量及分辨率，圖片大小，文件格式等各方面參數(shù)，影響最終的渲染效果。在設(shè)置好渲染輸入路徑、材質(zhì)、環(huán)境后，按ctrl+p對(duì)模型進(jìn)行渲染，完成機(jī)床的渲工作。為了讓學(xué)習(xí)人員有置身車間的真實(shí)感，在制作時(shí)還可以利用Keyshot5添加背景渲染。選好場景及材質(zhì)后，最后保存成bip源文件，方便后續(xù)文件的渲染及動(dòng)畫制作。

2 機(jī)床透明外觀結(jié)構(gòu)展示

在Keyshot5軟件環(huán)境下，通過三維虛擬仿真，使機(jī)床的內(nèi)外部被更直觀的展現(xiàn)在學(xué)習(xí)人員的面前，以便更快速、準(zhǔn)確的了解機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 機(jī)床整體透明渲染圖

3 結(jié)構(gòu)分析

同樣在Keyshot5軟件環(huán)境下，還能立體全景透視機(jī)床結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)人員可以通過模擬演示，直觀了解機(jī)床內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳遞。以機(jī)床主軸箱為例，如圖3所示。

圖3 主軸箱透明渲染圖

4 部件拆裝

學(xué)習(xí)人員根據(jù)三維仿真，在Keyshot5軟件環(huán)境下可以對(duì)機(jī)床各部件進(jìn)行拆裝，熟悉各部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和先后裝配順序。如圖4所示為主軸部件的拆裝圖。

圖4 主軸部件拆裝圖

5 運(yùn)動(dòng)演示

根據(jù)機(jī)床的實(shí)際功能，進(jìn)行正確運(yùn)動(dòng)的視頻演示。視頻制作首先調(diào)出動(dòng)畫向?qū)?，選擇動(dòng)畫類型，最終保存成avi格式，完成的視頻截圖如5所示。

圖5 虛擬仿真視頻

6 教學(xué)實(shí)踐

機(jī)床尾座拆裝練習(xí)（圖6）。

具體拆卸順序：a拆下螺絲，再拆手柄；b拆下手輪及連接著的螺桿；c拆除頂尖，拆下套筒。需要注意的是鍵、銷、墊片、彈簧等小部件也拆下來。拆卸完成后再完成安裝工作并確定是否可以再次使用。

在進(jìn)行上述教學(xué)的過程中，事先將學(xué)生分成A、B兩組，A組學(xué)生借助虛擬仿真平臺(tái)完成學(xué)習(xí)，根據(jù)平臺(tái)提供的在線練習(xí)，及時(shí)反饋學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況。在虛擬拆裝環(huán)境中，學(xué)生自主選擇平臺(tái)提供的機(jī)床、工具、材料等模型，只有操作正確才能完成模擬拆裝。教學(xué)過程中只需一位教師，通過電腦同步觀測(cè)學(xué)生的練習(xí)情況，及時(shí)指導(dǎo)以便安排學(xué)生去實(shí)訓(xùn)車間實(shí)際拆裝。B組的學(xué)生則按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)。

圖6 機(jī)床尾座結(jié)構(gòu)

結(jié)合A組和B組同學(xué)的具體實(shí)踐，結(jié)果顯示：A班學(xué)生通過理論測(cè)試正確率達(dá)到95%以上，而B班則只有80%左右；A組學(xué)生的拆裝熟練度遠(yuǎn)高于B組，且出錯(cuò)率更低；隨機(jī)訪談中A組同學(xué)普遍反映借助虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)講授更直觀、更能吸引注意力，拆裝練習(xí)時(shí)間更充分，掌握效果更好。實(shí)訓(xùn)教師則反映借助虛擬平臺(tái)，大大減輕了實(shí)訓(xùn)壓力，避免了設(shè)備不足的問題，也更及時(shí)的了解學(xué)生掌握情況。最終說明采用虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)輔助普通機(jī)床拆裝實(shí)訓(xùn)，能顯著提升教學(xué)效果。

7 結(jié)語

本文基于KeyShot5.0的虛擬場景實(shí)現(xiàn)，對(duì)三維機(jī)床模型進(jìn)行了材質(zhì)渲染和場景引入，實(shí)現(xiàn)了全方位模型虛擬展示、虛擬拆裝。同時(shí)以機(jī)床尾座拆裝實(shí)訓(xùn)為例，進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的比較，結(jié)果突顯了用虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行課程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，師生反響較好，也為后續(xù)開展更大范圍的實(shí)踐打下基礎(chǔ)。

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