摘 要：本文介紹了虛擬現(xiàn)實基礎，重點研究了基于虛擬現(xiàn)實的起重機械仿真實驗平臺的設計的有關問題，從實驗的角度，闡述了具體的設計思路，并對文章的設計結果進行了總結。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；起重機械；仿真實驗平臺；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.153

0 前言

隨著城市化的進展，工程數(shù)量顯著增加，起重機械的應用頻率隨之提高。起重機械的性能，在很大程度上決定著工程施工效率，且對工程成本等影響較大，對其性能進行評估十分重要。鑒于起重機械龐大的體積，實際展開性能評估難度較大，在應用虛擬現(xiàn)實技術的基礎上，建立相應仿真實驗平臺，使性能評估，能夠在網絡上進行，對于評估效率以及準確度的提高，具有重要價值。

1 虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實技術，又稱VR技術，是信息化時代下的產物，目前已經被應用到了各領域當中，并取得了顯著成果[1]。虛擬現(xiàn)實技術所能夠提供的服務較多，不僅具有計算機圖形學功能，同時還能夠支持系統(tǒng)仿真以及通信等的實現(xiàn)，人機交互水平高。通過對該技術的應用，用戶能夠與虛擬世界間的聯(lián)系逐漸增強，用戶甚至能夠產生身臨其境的感覺，體驗效果極佳。

目前，虛擬現(xiàn)實基礎主要應用到航空航天以及工程建模等領域。起重機械作為工作機械的一種，其設計以及性能評估，同樣可以采用虛擬現(xiàn)實技術來實現(xiàn)，以該技術為基礎，建立相應仿真實驗平臺，對于傳統(tǒng)起重機械性能評估所面臨的難度大的問題的解決，具有重要價值[2]。

2 基于虛擬現(xiàn)實的起重機械仿真實驗平臺的設計

2.1 實驗準備

實驗需做好如下準備[3]：（1）準備起重機械，作為實驗平臺的設計原型。在實際工程中，起重機械的類型包括很多種，為確保仿真實驗平臺具有更加廣泛的適應性以及使用性，應選擇應用范圍較廣的起重機械作為原型展開設計?？紤]上述問題，將平頭塔吊作為了平臺設計原型。（2）建立平頭塔吊三維模型：平頭塔吊三維模型的建立，應同時考慮機械結構的運行原理，以及機械具體使用場景兩方面問題，應確保模型能夠與機械有關原理相符，同時，還需模擬工程施工的實際情況，完成三維建模過程。（3）虛擬現(xiàn)實軟件的選擇：選擇unity 3D作為虛擬現(xiàn)實軟件，采用Solidworks完成起重機械駕駛室的設計，將其導入到虛擬現(xiàn)實軟件當中，做好實驗準備。

2.2 三模模型與虛擬現(xiàn)實技術的結合

應將三維模型，導入到虛擬現(xiàn)實軟件當中，具體方法如下[4]：（1）塔吊分解：將平頭塔吊的各組成部分進行解構，提高塔吊的簡化性水平?？紤]塔吊各部分的功能，以及虛擬現(xiàn)實軟件的要求，將塔吊分解成為了駕駛室、塔身以及載重等不同部分。（2）數(shù)據采集：分別采集塔吊不同部分的有關數(shù)據。數(shù)據采集可以通過對獲取塔吊設計最初的CAD圖紙的參考來實現(xiàn)。（3）數(shù)據整理與建模：整理出有效數(shù)據，展開建模。采用Solidworks軟件，完成駕駛室的建模，同時，采用其他軟件，完成對塔身等部分的建模。（4）格式轉換：采用3DS MAX軟件，對三維模型的格式進行轉換，使之成為虛擬現(xiàn)實軟件所支持的格式，并將其導入到Unity3D當中。

2.3 作業(yè)場景設計

（1）駕駛室設計：設計駕駛室大體的結構框架。分別設計駕駛室內的物品，包括操作臺等，設計時，應在保證設計成果的理論功能與其顯示功能相符的情況下，盡可能的將設計簡潔化。操作臺功能較多，因此設計較為困難，應將其作為重點加以考慮。計算駕駛室內各個部門的長度寬度等參數(shù)，提高其精確度。設計駕駛室窗戶。安裝零件，駕駛室設計完成。（2）塔身與塔臂設計：可以采用Pro/E軟件，對塔身與塔臂進行設計。在起重機械中，塔身與塔臂的結夠相對復雜，采用Solidworks軟件無法完成設計。Pro/E軟件具有較強的適應性，能夠確保復雜設計有效完成。需注意的是，Pro/E軟件與虛擬現(xiàn)實軟件的格式不匹配，設計完成的塔身與塔臂的模型，無法直接導入到虛擬現(xiàn)實軟件中，因此需采用3DS MAX進行格式轉換，使所建立好的模型，能夠完整的導入到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)當中，避免失真等問題的發(fā)生。

2.4 仿真場景

（1）將模型導入到虛擬現(xiàn)實軟件中，對起重機械的實際工作場景進行模擬以及布局。（2）采用JavaScript、C#，對虛擬現(xiàn)實軟件的引擎腳本進行設計，確保軟件的功能能夠有效實現(xiàn)。

3 討論與展望

采用虛擬現(xiàn)實軟件設計起重機械仿真實驗平臺，設計效率高，仿真效果好，具有較高的應用價值。仿真實驗平臺的設計，能夠代替實際實驗，實現(xiàn)對起重機械性能的評估，能夠有效節(jié)約實驗成本，對起重機設計成本的降低，具有積極意義。需要注意的是，與仿真實驗相比，真實作業(yè)過程中，起重機械所面臨的風險必定較大，因此，仿真實驗平臺設計過程中，必須充分考慮到起重機械在實際工程中應用所需面臨的風險，以最大程度提高仿真實驗平臺的建設水平。

在未來，應將以虛擬現(xiàn)實技術為基礎的起重機械仿真實驗平臺，應用到機械性能評估過程中，在研究中，不斷縮小誤差，促使起重機械整體使用性能得到進一步的提升。

4 結論

基于虛擬現(xiàn)實的起重機械仿真實驗平臺的設計，能夠有效解決傳統(tǒng)實驗中存在的執(zhí)行難度大的問題，具有較高的應用價值，相關人員應加強重視，提高虛擬現(xiàn)實技術的應用水平，為起重機械性能的提升，以及工程施工的順利開展提供保證。

參考文獻：

[1]孫暉.基于IFIX組態(tài)技術的港口起重機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)仿真實驗平臺[J].港口裝卸，2015（06）：40-43.

[2]崔榮臻，秦華，馮欣欣，許鵬.基于虛擬現(xiàn)實的起重機械仿真實驗平臺的設計[J].價值工程，2016（13）：217-221.

[3]王秀萍，程文明，梁曉波，蘇軍朝.基于VR的起重運輸機械培訓仿真系統(tǒng)的研究[J].機械設計與制造，2015（07）：223-226.

[4]劉佳.三維虛擬仿真技術在機械結構教學培訓中的應用[J].科技資訊，2013（29）：221-222.

作者簡介：董川東（1990-），男，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：機械工程、虛擬現(xiàn)實、仿真。