馮宗杰（火箭軍士官學(xué)校，山東 青州 262500）

職業(yè)院校，注重的是培養(yǎng)學(xué)生的技能水平，目前學(xué)員在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中存在主要矛盾［1］，一是實(shí)訓(xùn)過(guò)程需要大量的實(shí)訓(xùn)器材，由于大量的實(shí)訓(xùn)，致使器材外觀損傷嚴(yán)重，需要大量的經(jīng)費(fèi)支撐；二是實(shí)訓(xùn)過(guò)程受到場(chǎng)地、設(shè)備數(shù)量的限制，一定程度上影響了訓(xùn)練效果。因此迫切需要?jiǎng)?chuàng)新研究新的訓(xùn)練手段，解決裝備數(shù)量偏少，訓(xùn)練成本高的問(wèn)題。本文以交流接觸器虛擬拆裝為例研究基于Unity3D的電氣虛擬拆裝設(shè)計(jì)。

1 Unity3D、SolidWorks和3Dmax軟件

隨著VR技術(shù)［2］的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出了大量基于VR技術(shù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，Unity3D作為虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的后起之秀，起步就定義為多平臺(tái)高端大型游戲開(kāi)發(fā)引擎。它對(duì)DirectX和OpenGL的圖形渲染管道進(jìn)行了高度優(yōu)化，使低端硬件也可以流暢地運(yùn)行漫游展示、虛擬仿真、交互式動(dòng)畫(huà)等，并能夠創(chuàng)造出高質(zhì)量3D仿真系統(tǒng)和真實(shí)視覺(jué)效果。它能夠與HTML、Flash等進(jìn)行良好的交互，并支持C#、JavaScript等多種腳本語(yǔ)言。

Solidworks和Virtools同屬于法國(guó)達(dá)索公司。功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3DS M ax是Autodesk公司出品的一款著名3D動(dòng)畫(huà)軟件，是世界上應(yīng)用最廣泛的三維建模、動(dòng)畫(huà)、渲染軟件，廣泛應(yīng)用于游戲開(kāi)發(fā)、角色動(dòng)畫(huà)、電影電視、視覺(jué)效果和設(shè)計(jì)行業(yè)等領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)如下：(1)功能強(qiáng)大，插件豐富3DS M ax有著出色的建模、渲染、動(dòng)畫(huà)等功能，通過(guò)3DS Max豐富的插件，可滿足各行業(yè)各領(lǐng)域不同的設(shè)計(jì)需求。(2)界面友好，易學(xué)易用。3DS Max命令布局和功能模塊設(shè)置使用方便，是最容易上手的 3D 軟件。(3)和其它相關(guān)軟件配合流暢3DS Max通過(guò)自身以及插件，支持多種相關(guān)軟件的不同類型文件的導(dǎo)入導(dǎo)出。(4)渲染速度快，畫(huà)面質(zhì)量高。

2 基于unity3D的交流接觸器虛擬拆裝設(shè)計(jì)流程

基于Unity 3D的交流接觸器虛擬拆裝設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 交流接觸器虛擬拆裝設(shè)計(jì)流程

3.交流接觸器虛擬拆裝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 交流接觸器Solidworks建模及裝配

虛擬現(xiàn)實(shí)三維模型是整個(gè)虛擬操作平臺(tái)的基礎(chǔ)，模型的好壞直接影響運(yùn)行速度和效果，平臺(tái)首選Solidworks進(jìn)行接地電阻測(cè)量?jī)x的三維建模。

(1)利用SolidWorks強(qiáng)大的實(shí)體建模功能，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁、特征陣列以及打孔等操作完成接觸器各零件模型的建立，并按照一定的裝配關(guān)系對(duì)零件進(jìn)行裝配。裝配完成后的交流接觸器如圖2所示。

(2)交流接觸器裝配完成后，采用.stl格式作為模型導(dǎo)入3DS Max中的格式。將模型導(dǎo)入3DS Max場(chǎng)景時(shí)，要特別注意導(dǎo)入過(guò)程中不要移動(dòng)零件，否則會(huì)影響減速器模型的裝配關(guān)系。

3.2 交流接觸器三維模型貼圖

為了使交流接觸器及相應(yīng)場(chǎng)景具有逼真的效果，需要通過(guò)3DMAX軟件對(duì)交流接觸器及場(chǎng)景進(jìn)行渲染，配合相關(guān)貼圖編輯軟件對(duì)接地電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行表面材質(zhì)處理，提高渲染效果。

圖2 SolidWorks交流接觸器裝配體模型

對(duì)于在Solidworks中很難實(shí)現(xiàn)的不規(guī)則形狀，可以通過(guò)3DMAX軟件進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，達(dá)到逼真的效果。

3.3 交流接觸器虛擬拆裝設(shè)計(jì)

3.3.1 虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)

將3DMAX處理后的交流接觸器導(dǎo)出為*.FBX文件，并放在Unity 3D的資源文件夾Assets中，Unity 3D將自動(dòng)導(dǎo)入相應(yīng)的貼圖和動(dòng)畫(huà)文件，然后將模型添加到虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)移動(dòng)、拖放、縮放、旋轉(zhuǎn)等指令對(duì)交流接觸器模型進(jìn)行屬性設(shè)置，達(dá)到理想效果。為了進(jìn)行可視化虛擬操作，必須對(duì)場(chǎng)景增加主攝像機(jī)和燈光，為了多視角觀察操作效果，可以在場(chǎng)景中不同角度添加不同的攝像機(jī)建立相應(yīng)的從屬關(guān)系，通過(guò)設(shè)置選取不同的觀察角度。

3.3.2 虛擬腳本設(shè)計(jì)

Unity3D支持JavaScript、C#、BOO三種不同的腳本，其中C#功能最強(qiáng)大。但對(duì)于初學(xué)之來(lái)說(shuō)，格外是沒(méi)有編程語(yǔ)言基礎(chǔ)的人來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑增加了設(shè)計(jì)難度，為此，有人開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了Unity3D Playmarker插件，Playmaker既是一個(gè)可視化腳本工具，又是一個(gè)分層邏輯框架。設(shè)計(jì)師、程序員使用Playmaker能夠很快地完成游戲原型制作，既適合獨(dú)立開(kāi)發(fā)者，又適用于團(tuán)隊(duì)協(xié)作。Playmaker能夠大大提高開(kāi)發(fā)效率，讓你的游戲變得更加完美，它可以實(shí)現(xiàn)不需要編寫(xiě)代碼，并可以完成虛擬操作的功能。因此采用該插件進(jìn)行編寫(xiě)，從而縮短開(kāi)發(fā)周期。

4.交流接觸器虛擬拆裝效果展示

虛擬操作平臺(tái)搭建完成后，可實(shí)現(xiàn)整體場(chǎng)景與操作場(chǎng)景切換，操作場(chǎng)景縮放、平移、旋轉(zhuǎn)，接觸器拆裝操作，基本實(shí)現(xiàn)與實(shí)際操作一致的訓(xùn)練效果，大幅節(jié)約成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)交流接觸器的使用培訓(xùn)，工作原理學(xué)習(xí)等方面的需求，基于Unity3D軟件平臺(tái)，利用的SolidWorks進(jìn)行快速、精確建模與裝配，3DS Max技術(shù)對(duì)所建立模型進(jìn)行渲染、動(dòng)畫(huà)的制作，采用Playmarker第三方插件，設(shè)計(jì)了交流接觸器的虛擬拆裝平臺(tái)，并對(duì)虛擬場(chǎng)景交互進(jìn)行了深入研究。該平臺(tái)逼真度高，交互性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于電氣類虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。