范淑媛， 廖敦明， 凌東鑫， 薛冰洋, 孫 飛, 樊自田(華中科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 武漢 430074)

0 引 言

消失模鑄造技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的鑄造工藝，被譽(yù)為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”[1]。而作為向企業(yè)輸送高級(jí)技術(shù)人員的高等院校，受困于價(jià)格昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和高?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)環(huán)境，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)高校開(kāi)設(shè)了消失模鑄造實(shí)驗(yàn)課程[2]，實(shí)驗(yàn)課程幾乎還停留在理論教學(xué)階段[3]，學(xué)生只能通過(guò)一些圖片和視頻等多媒體資源來(lái)了解消失模鑄造的整個(gè)生產(chǎn)流程。實(shí)驗(yàn)課是由老師現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行消失模鑄造流程演示，學(xué)生在旁邊觀(guān)察的形式完成，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手實(shí)踐。傳統(tǒng)被動(dòng)學(xué)習(xí)方式面臨挑戰(zhàn)，無(wú)數(shù)事實(shí)證明，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐獲得的知識(shí)可以更為深刻的停留在其腦海中，所以教育者常常通過(guò)探索式教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)[3]。伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)及遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)等技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)放資源的理念不斷涌現(xiàn)，要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，就需要使用新技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、模式、內(nèi)容、方法以及手段進(jìn)行改革[4]。

虛擬仿真教學(xué)為學(xué)生開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐提供了新手段、開(kāi)放平臺(tái)和優(yōu)質(zhì)資源[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景[6]，學(xué)生可以完全沉浸其中并與之互動(dòng)，并激發(fā)自己的創(chuàng)造力和想象力。從最初抽象概念解讀，到觀(guān)察豐富的經(jīng)驗(yàn)，最終獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)作，讓每個(gè)學(xué)生真正成為實(shí)踐者和創(chuàng)作者。虛擬仿真教學(xué)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中人力、物力與信息資源的多層次開(kāi)發(fā)與利用[7]。

本文基于Unity3d虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，針對(duì)應(yīng)用與消失模鑄造實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研發(fā)。該系統(tǒng)很好的彌補(bǔ)了高校消失模鑄造實(shí)驗(yàn)課程體系的不足，學(xué)生通過(guò)操作虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不僅可以看到生動(dòng)逼真的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)備，借助交互設(shè)備還能與虛擬場(chǎng)景對(duì)象進(jìn)行一系列的沉浸式交互。該系統(tǒng)能讓學(xué)生主動(dòng)地獲取知識(shí)，輔助老師完成實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的傳授。

1 消失模鑄造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)結(jié)合華中科技大學(xué)材料學(xué)院現(xiàn)有消失模鑄造實(shí)驗(yàn)課程體系，模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備和實(shí)驗(yàn)操作流程。學(xué)生和老師分別使用指定賬號(hào)登錄系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包含實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)模塊。系統(tǒng)模塊分布如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊分布

(1) 實(shí)驗(yàn)演示模塊。在實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生通過(guò)查看實(shí)驗(yàn)演示模塊的動(dòng)畫(huà)內(nèi)容，結(jié)合語(yǔ)音和文字的提示。初步掌握消失模鑄造的實(shí)驗(yàn)流程。

(2) 實(shí)驗(yàn)操作模塊。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作模塊，即進(jìn)入消失模鑄造實(shí)驗(yàn)室虛擬場(chǎng)景，通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的各種操作，可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景漫游，開(kāi)關(guān)操作，設(shè)備和產(chǎn)品展示，泡沫切割，鐵水澆注等一系列功能。另外，連接HTC Vive頭盔套件，學(xué)生沉浸在虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)手柄控制器的各種按鈕，不僅可以直接操控虛擬物體，還能感覺(jué)到反作用。學(xué)生完全沉浸其中、投入熱情，完成通常繁瑣枯燥的消失模鑄造實(shí)驗(yàn)。

(3) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊。老師賬號(hào)登錄，在試題庫(kù)中進(jìn)行選題，還可自己出題，發(fā)放試卷，閱卷。學(xué)生學(xué)號(hào)登入在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行答題，提交試卷。查看并打印成績(jī)。

(4) 系統(tǒng)設(shè)置模塊。系統(tǒng)設(shè)置包含界面風(fēng)格類(lèi)型設(shè)置、語(yǔ)音文字設(shè)置、觀(guān)察模式選擇(3D模式和非3D模式)、視角選擇(第一人稱(chēng)視角和第三人稱(chēng)視角)等。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality Technology，VR)是由交互式計(jì)算機(jī)仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動(dòng)作，替代或者增強(qiáng)一種或者多種感官反饋，從而產(chǎn)生一種精神沉浸于或出現(xiàn)在仿真環(huán)境(虛擬世界)中的感覺(jué)[9]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有3個(gè)最基本特性：交互性(Interactivity)、沉浸性(Immersion)、和構(gòu)想性(Imagination)，即“3I”特性[6-8]。正是這些特性，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用日趨廣泛。

(1) 交互性。學(xué)生與虛擬場(chǎng)景中各種對(duì)象相互作用的能力。學(xué)生進(jìn)入虛擬環(huán)境后，通過(guò)互動(dòng)設(shè)備(鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、VR手柄)中各種觸發(fā)操作，虛擬場(chǎng)景會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反饋動(dòng)作。

(2) 沉浸性。沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心，學(xué)生通過(guò)VR設(shè)備使其完全沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，具有身臨其境的體驗(yàn)效果。學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)完全與真實(shí)環(huán)境中體會(huì)到的一致。

(3) 構(gòu)想性。學(xué)生沉浸在虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)與虛擬場(chǎng)景對(duì)象的互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。從而可以深化概念，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)。

2.2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)引擎

Unity3d是由Unity Technologies公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)跨平臺(tái)游戲開(kāi)發(fā)及虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，其打造了一個(gè)完美的跨平臺(tái)程序開(kāi)發(fā)生態(tài)鏈，學(xué)生可以通過(guò)它輕松完成各種虛擬交互創(chuàng)意和三維互動(dòng)開(kāi)發(fā)，創(chuàng)作出精彩的虛擬仿真內(nèi)容[6]。

Unity3d精簡(jiǎn)和人性化的界面，直觀(guān)的工作流程，功能強(qiáng)大的工具集，大幅的縮短了虛擬內(nèi)容的開(kāi)發(fā)周期。導(dǎo)入通用的FBX或OBJ數(shù)據(jù)格式的三維模型，圖片、音頻、視頻等媒體資源，結(jié)合Unity3d的場(chǎng)景創(chuàng)建模塊，學(xué)生可以輕松搭建逼真復(fù)雜的虛擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景。Unity3d支持的C#和JavaScript編程語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生與虛擬場(chǎng)景的各種交互操作。

Unity編輯器可以在Windows、Mac OS X以及Linux平臺(tái)運(yùn)行，一次開(kāi)發(fā)就可以完全部署到主流的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容平臺(tái)(比如Steam、Vive)，Unity能夠支持發(fā)布的平臺(tái)已超過(guò)21個(gè)。學(xué)生無(wú)需轉(zhuǎn)移和二次開(kāi)發(fā)，就可以將產(chǎn)品輕松部署到相應(yīng)平臺(tái)，節(jié)省了大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間和精力。是開(kāi)發(fā)消失模鑄造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)最為理想的平臺(tái)。

2.3 HTC Vive虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔

HTC Vive是由HTC與Valve聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一款VR頭顯(虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器)產(chǎn)品[10]。HTC Vive是全球首款完整虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，整套設(shè)備包括兩個(gè)無(wú)線(xiàn)VR控制手柄、兩個(gè)空間定位發(fā)射紅外線(xiàn)的基站以及一個(gè)帶有前置攝像頭的VR頭戴頭盔，如圖2所示。

作為最核心的Lighthouse定位追蹤系統(tǒng)，通過(guò)兩個(gè)激光定位器在水平、垂直方向發(fā)出兩處紅外光源，配合手柄控制器、頭顯上的光敏元件以及高速慣性測(cè)量單元完成精確的追蹤定位工作。通過(guò)該交互設(shè)備接口連接開(kāi)發(fā)的消失模鑄造虛擬內(nèi)容，學(xué)生帶上Vive頭盔使其沉浸在消失模鑄造虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，通過(guò)操作兩個(gè)手柄控制器完成實(shí)驗(yàn)中泡沫切割、加砂、開(kāi)關(guān)電源、澆注等相關(guān)操作。從而完成消失模鑄造實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)踐操作。

圖2 HTC Vive頭顯

2.4 3D模型面數(shù)優(yōu)化

為了使整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的體驗(yàn)更加真實(shí)流暢，逼真且模型面數(shù)較低的三維模型必不可少。三維模型主要通過(guò)三維建模軟件來(lái)完成。主流的虛擬現(xiàn)實(shí)建模軟件有3Dmax、Maya等，當(dāng)前最常用的3Dmax建模軟件，在室內(nèi)設(shè)計(jì)和游戲行業(yè)是非常有優(yōu)勢(shì)的，建模效率高，模型面數(shù)較低。但是在消失模鑄造等工業(yè)領(lǐng)域，所需的機(jī)械設(shè)備零件，設(shè)計(jì)類(lèi)部件，都是有嚴(yán)格的尺寸要求和裝配關(guān)系。而本文所使用的UG建模軟件，具有強(qiáng)大的機(jī)械制圖、建模和裝配功能[11]。但缺點(diǎn)是：導(dǎo)出的STL通用模型的三角面數(shù)較高，直接導(dǎo)入unity會(huì)造成系統(tǒng)占用內(nèi)存偏高，運(yùn)行的流暢性變差。所以針對(duì)STL模型的面數(shù)優(yōu)化是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)。

采用3DMax對(duì)外部導(dǎo)入的STL模型進(jìn)行面數(shù)優(yōu)化的方法，為了達(dá)到模型視覺(jué)上不失真，面數(shù)較低的效果，需要不斷地對(duì)模型網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整和修改，并且花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)[12]。因此，本文使用的一個(gè)自主編寫(xiě)的高效STL模型面數(shù)優(yōu)化應(yīng)用程序，只需將STL模型直接拖入EXE程序界面，輸入目標(biāo)模型面數(shù)即可馬上生成優(yōu)化后的模型，并且可以在模型查看器上查看模型。以本系統(tǒng)中使用的一個(gè)消失模鑄件模型為例，優(yōu)化前，三角面片數(shù)為16 514個(gè)，優(yōu)化后，三角面片數(shù)為2 668個(gè)，并且優(yōu)化后的模型精細(xì)度較高，模型面數(shù)得到了很好的優(yōu)化。鑄件模型面數(shù)優(yōu)化前后對(duì)比，如圖3所示。

(a) 減面前的模型(b) 減面后的模型

2.5 動(dòng)畫(huà)特效

為了模擬消失模鑄造的生產(chǎn)流程，普通的動(dòng)畫(huà)效果只是改變組件的位置，大小，顏色等參數(shù)，無(wú)法滿(mǎn)足像消失模鑄造中泡沫填充金屬模具、雨淋式加砂中砂粒均勻落入砂箱、砂子緩慢充滿(mǎn)整個(gè)砂箱、鐵水澆注過(guò)程中金屬液體減少和澆注等效果。為了實(shí)現(xiàn)這些真實(shí)效果，本系統(tǒng)使用了3DMax變形和unity3d粒子系統(tǒng)來(lái)達(dá)到上述的效果。

變形是一種基于節(jié)點(diǎn)的造型技術(shù)，在應(yīng)用程序內(nèi)部是通過(guò)節(jié)點(diǎn)序列的變換矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在3DMax中實(shí)現(xiàn)變形的條件是變形源物體與目標(biāo)物體的節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)排序必須相同[13]。通過(guò)該變形技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)砂子填充砂箱、澆包傾倒的動(dòng)畫(huà)效果。

Unity3d粒子系統(tǒng)通常用于制作煙霧，蒸汽等效果，粒子系統(tǒng)包含粒子發(fā)射器、粒子動(dòng)畫(huà)器和粒子渲染器[14]。在unity粒子系統(tǒng)中，經(jīng)常用到路徑渲染器，它可以用來(lái)記錄粒子運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)粒子沿著指定路徑運(yùn)動(dòng)。本文中泡沫珠粒在負(fù)壓的作用下沿著管道進(jìn)入模具型腔的動(dòng)畫(huà)效果，就是通過(guò)腳本來(lái)控制粒子運(yùn)動(dòng)路徑實(shí)現(xiàn)的。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文根據(jù)學(xué)院現(xiàn)有消失模鑄造實(shí)驗(yàn)課程體系，結(jié)合UG、3DMax、Unity3d等軟件工具，開(kāi)發(fā)了基于Unity3d的消失模鑄造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)的技術(shù)路線(xiàn)如圖4所示。

圖4 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)路線(xiàn)

3.1 場(chǎng)景和模型

三維模型和場(chǎng)景是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它直接影響了虛擬環(huán)境的真實(shí)度。在UG三維建模軟件中建立三維模型應(yīng)遵循的原則是：在保證模型真實(shí)性較高的前提下，盡量采用最簡(jiǎn)單的模型。建立EPS、實(shí)驗(yàn)室、泡沫、泡沫預(yù)發(fā)機(jī)、金屬模具、蒸汽缸、泡沫模樣、涂料、泡沫切割機(jī)、棒膠、干燥箱、干鍋電爐、澆包、沙箱、三維振動(dòng)臺(tái)、廢氣處理機(jī)、電機(jī)等設(shè)備場(chǎng)景的相同比例模型。模型建立之后，對(duì)導(dǎo)出的STL模型網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理。再導(dǎo)入3DMax中賦予材質(zhì)、紋理，調(diào)整燈光等參數(shù)，對(duì)模型進(jìn)行烘培渲染處理(如圖5(b)所示)，最后轉(zhuǎn)換成FBX格式的模型數(shù)據(jù)存檔輸出。

在虛擬場(chǎng)景中，材質(zhì)是利用模型表面的光反射特性使模擬呈現(xiàn)出特定物理視覺(jué)效果，3DMax中最基本材質(zhì)是使用三種顏色來(lái)構(gòu)成對(duì)象表面：環(huán)境光顏色、漫反射顏色、高光顏色。使用三種顏色及對(duì)高光區(qū)的控制，可以創(chuàng)建出大部分基本反射材質(zhì)[15]。另外，使用材質(zhì)貼圖可以實(shí)現(xiàn)模具、干鍋電爐等模型表面的凹凸、金屬效果。3D建模和材質(zhì)渲染如圖5所示。

3.2 交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在Unity3d中，交互動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)程序腳本編程實(shí)現(xiàn)。Unity支持多種編程語(yǔ)言(C#，Java Script等)，本文使用的是更加靈活高效的C#編程語(yǔ)言。通過(guò)一些外部交互設(shè)備(鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、手柄等)的程序接口進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與虛擬環(huán)境的一系列交互行為，如漫游、開(kāi)關(guān)、動(dòng)畫(huà)控制、視角切換、按鈕點(diǎn)擊等。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下兩種交互方式。

(1) PC+鼠鍵交互。學(xué)生在工作電腦上通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)與虛擬系統(tǒng)中的UI按鈕或組件進(jìn)行交互，這種交互方式是最方便有效的。系統(tǒng)主界面有“實(shí)驗(yàn)演示”、“實(shí)驗(yàn)操作”“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”“系統(tǒng)設(shè)置”和“退出”五個(gè)UI按鈕，學(xué)生用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊這些按鈕，系統(tǒng)將快速跳轉(zhuǎn)到相對(duì)應(yīng)的模塊。鼠標(biāo)右鍵用于控制虛擬場(chǎng)景中的觀(guān)察視角，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的無(wú)死角查看。鼠標(biāo)的中建(滾輪)控制視角的遠(yuǎn)近，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)干鍋爐、模具等設(shè)備的近距離細(xì)節(jié)觀(guān)察。通過(guò)鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“向右”按鈕將出現(xiàn)系統(tǒng)的文字和圖片信息，再次點(diǎn)擊將將隱藏文本提示框。為了引導(dǎo)學(xué)生的正確實(shí)驗(yàn)操作，操作下一個(gè)步驟前將會(huì)有文字和特效提示，比如：當(dāng)泡沫切割機(jī)的電源開(kāi)關(guān)忽亮忽暗時(shí)，表示下一步是用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該開(kāi)關(guān)進(jìn)行對(duì)開(kāi)關(guān)的控制。這種引導(dǎo)式的交互設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生快速了解消失模鑄造流程具有重要作用。

(a) Ug建模

(b) 3DMax材質(zhì)渲染

(2) PC+HTC Vive手柄交互。高性能電腦連接Vive頭盔套件，在Unity3d虛擬現(xiàn)實(shí)引擎中，使用Steam VR Plugin插件提供的Unity+HTC Vive開(kāi)發(fā)接口[16]，編程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)手柄控制器與虛擬場(chǎng)景的交互操作，Vive手柄的交互按鈕如圖6所示。學(xué)生帶上Vive頭盔，使其完全沉浸在消失模鑄造實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中，在現(xiàn)實(shí)中走動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，虛擬場(chǎng)景也會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。手柄的菜單鍵對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的四個(gè)模塊，通過(guò)按下另一只手柄的觸摸板發(fā)射射線(xiàn)并扣動(dòng)扳機(jī)進(jìn)入選中的模塊。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)演示模塊，將看到整個(gè)消失模鑄造流程，感覺(jué)就像在生產(chǎn)車(chē)間實(shí)習(xí)，通過(guò)按下一只手柄的觸摸板將發(fā)射射線(xiàn)，移動(dòng)到指定位置，視角將會(huì)瞬間移動(dòng)到該處，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景自主漫游。移動(dòng)到設(shè)備或零件前，用手柄觸碰鑄件等物體，鑄件高亮顯示，手柄產(chǎn)生震動(dòng)反饋，此時(shí)根據(jù)提示信息(聲音和文字)按下抓取鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄件的“拿起”。這種沉浸式的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景加上一系列的“真實(shí)”操作，將激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)地完成消失模鑄造實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知和操作。

1-菜單鍵(Menu Button)； 2-觸摸盤(pán)(Touchpad)； 3-電源鍵(System Button)； 4-扳機(jī)(Trigge)r； 5-抓取鍵(Grip Button)

3.3 發(fā)布與展示

Unity3d可以發(fā)布在Windows、IOS、Android、WebGL等平臺(tái)，以發(fā)布在Windows 64位系統(tǒng)上為例，unity發(fā)布成功后生成一個(gè)EXE運(yùn)行文件和一個(gè)文件夾數(shù)據(jù)。只要拷貝兩個(gè)文件到學(xué)生Windows電腦上，無(wú)需安裝，直接運(yùn)行EXE文件即可打開(kāi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。運(yùn)行消失模虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，學(xué)生通過(guò)操作鼠標(biāo)和鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)與虛擬教學(xué)系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景、模具、射料槍、泡沫切割機(jī)、干燥箱、干鍋電爐和振動(dòng)臺(tái)等設(shè)備互動(dòng)。選擇系統(tǒng)的 “3D”功能，實(shí)現(xiàn)左右分屏的效果，在3D電視或者3D投影上展示，學(xué)生帶上3D眼鏡，可以呈現(xiàn)3D立體效果。更加直觀(guān)形象的展示消失模鑄造的整個(gè)流程。連接上HTC Vive頭盔，在電腦顯示屏和Vive頭盔上顯示，學(xué)生通過(guò)Vive頭盔使其完全沉浸在虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)兩個(gè)控制器手柄實(shí)現(xiàn)與虛擬場(chǎng)景中的設(shè)備進(jìn)行交互。旁觀(guān)者可以通過(guò)電腦顯示屏看到學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中的各種交互動(dòng)作以及交互后對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的影響。如圖7所示，消失模鑄造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的內(nèi)容包含實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)場(chǎng)景、泡沫充型、泡沫切割、蒸模等。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文闡述了基于Unity3d的消失模鑄造虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程。該系統(tǒng)具有很好的跨平臺(tái)性，人性化的交互界面，無(wú)需安裝軟件即可在普通電腦上登錄運(yùn)行和操作。在該系統(tǒng)中，學(xué)生可以完成實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)，初步掌握消失模鑄造的生產(chǎn)流程；在各種提示信息的引導(dǎo)下完成一系列的交互動(dòng)作。學(xué)生佩戴3D眼鏡或者HTC Vive頭盔可以進(jìn)行沉浸式的學(xué)習(xí)，給學(xué)生帶來(lái)更加真實(shí)的感受。在這種趨近“真實(shí)”的環(huán)境中，學(xué)生將更加主動(dòng)有效的學(xué)習(xí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程知識(shí)。在該系統(tǒng)的輔助下，教師可以很好的完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

(a) 室內(nèi)場(chǎng)景

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