傅 駿，陳 庚，米憲儒，廖先強(qiáng)，鄧鵬玲

（四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程系，四川 德陽(yáng) 618000）

隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，人類(lèi)的需求已經(jīng)從生存上的需求快速向情感的需求轉(zhuǎn)變，因此，21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)的全新時(shí)代。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）正是體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)的核心支撐技術(shù)。VR技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶(hù)沉浸到該環(huán)境中。

為了提升工科實(shí)訓(xùn)效果，項(xiàng)目組選擇型砂強(qiáng)度機(jī)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，利用萬(wàn)維引擎開(kāi)發(fā)了智能型砂強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)VR實(shí)訓(xùn)作品，達(dá)到了良好的效果。

1 項(xiàng)目意義

造型材料檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室擁有無(wú)錫三峰生產(chǎn)的XQY-II智能型砂強(qiáng)度機(jī)，該儀器可以檢測(cè)型砂的強(qiáng)度，包括抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。

在以往的教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)室指著智能型砂強(qiáng)度機(jī)給學(xué)生講解儀器結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)，然后學(xué)生分組操作進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。但這樣也存在一些很明顯的弊端：多個(gè)學(xué)生圍在老師周?chē)?，并不是每個(gè)學(xué)生都能聽(tīng)清老師的講解；對(duì)于步驟較多的操作環(huán)節(jié)，學(xué)生聽(tīng)一遍也記不?。慌袛鄡x器出現(xiàn)了故障及其排除措施，老師在現(xiàn)場(chǎng)更是無(wú)法進(jìn)行講解。

項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)比較，采用杭州萬(wàn)維鏡像科技有限公司開(kāi)發(fā)的萬(wàn)維引擎，制作了智能型砂強(qiáng)度的VR實(shí)訓(xùn)作品，以有效克服上述實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的弊端。

2 開(kāi)發(fā)流程

項(xiàng)目組采用的VR實(shí)訓(xùn)作品開(kāi)發(fā)流程是建模、制作、發(fā)布。

2.1 建模

這需要根據(jù)砂芯強(qiáng)度機(jī)實(shí)際的尺寸并按照一定的比例，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的三維建模工具，來(lái)搭建出具有與實(shí)物外觀尺寸一致的仿真對(duì)象，同時(shí)還要考慮機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)則、環(huán)境等要素[1]，這個(gè)環(huán)節(jié)是虛擬現(xiàn)實(shí)的前提。在UG中繪制三維圖形并裝配，導(dǎo)入開(kāi)發(fā)軟件轉(zhuǎn)成.fbx。

圖1是在UG中繪制三維模型裝配圖。繪制完成后，菜單“文件/導(dǎo)出/stp”，導(dǎo)出為“造型材料實(shí)驗(yàn)室.stp”。

圖1 在UG中建模并裝配

將“造型材料實(shí)驗(yàn)室.stp”導(dǎo)入開(kāi)發(fā)軟件，進(jìn)行貼圖、設(shè)置尺寸單位等操作，轉(zhuǎn)成.fbx，復(fù)制到萬(wàn)維引擎的Assets目錄下。

2.2 制作

在萬(wàn)維引擎中制作VR作品的主要步驟有以下3方面。

2.2.1 模型的渲染

簡(jiǎn)單地說(shuō)，模型的渲染就是把通過(guò)三維軟件搭建好的模型根據(jù)實(shí)物特征進(jìn)行著色，其目的是使模型具有逼真的視覺(jué)效果，包括其材質(zhì)效果、燈光效果、物體表面質(zhì)量與反射效果、物體透明與折射效果等。這個(gè)過(guò)程對(duì)于虛擬仿真來(lái)說(shuō)，是一個(gè)關(guān)鍵步驟。

2.2.2 場(chǎng)景布置

模型導(dǎo)入到場(chǎng)景Scene后，在Scene中進(jìn)行方位的調(diào)整，包含旋轉(zhuǎn)物體、平移物體、縮放物體的操作。這是實(shí)現(xiàn)虛擬模擬的關(guān)鍵，在這個(gè)過(guò)程中，需要充分地將虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，以一個(gè)虛擬體驗(yàn)者的角度去調(diào)整主相機(jī)、焦點(diǎn)相機(jī)、漫游相機(jī)等視覺(jué)，以達(dá)到觀察者的視覺(jué)習(xí)慣為目的。

2.2.3 強(qiáng)度機(jī)操作流程開(kāi)發(fā)

萬(wàn)維引擎的主要功能有：Camera相機(jī)功能、Tips語(yǔ)音功能、CURSORMOVE小手移動(dòng)功能、Excel運(yùn)動(dòng)功能、3DMAX運(yùn)動(dòng)功能、PROGRAM運(yùn)動(dòng)功能、XIAN引出線(xiàn)功、PIP畫(huà)中畫(huà)功能、TRIGGER觸發(fā)功能、PICTURE圖片功能[2]。萬(wàn)維引擎的PROGRAM運(yùn)動(dòng)功能設(shè)置界面如圖2所示。

圖2 萬(wàn)維引擎的PROGRAM運(yùn)動(dòng)功能設(shè)置界面

萬(wàn)維引擎的特長(zhǎng)是采用Excel表格的形式制作VR作品，避免了用戶(hù)進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。同樣的功能，既可以在圖2所示的界面中設(shè)置，也可以直接填寫(xiě)Excel表。

圖3是設(shè)置Camera相機(jī)功能的Excel表。

圖3 設(shè)置Camera相機(jī)功能的Excel表

圖4是完成后的智能砂芯強(qiáng)度機(jī)VR作品界面。

圖4 智能砂芯強(qiáng)度機(jī)VR作品界面

制作完成后，進(jìn)行發(fā)布，得到.exe文件，該作品可以在PC端和VR設(shè)備中運(yùn)行。該作品參加“2018一帶一路暨金磚國(guó)家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽/VR賽項(xiàng)”獲得初賽二等獎(jiǎng)，進(jìn)入了決賽。

3 結(jié)語(yǔ)

智能砂芯強(qiáng)度機(jī)是鑄造行業(yè)中所用儀器之一，主要用于制造砂芯、檢測(cè)鑄造用砂芯的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度等，因其重要作用而在鑄造行業(yè)中占據(jù)關(guān)鍵地位。通過(guò)制作VR作品，針對(duì)以往智能型砂強(qiáng)度機(jī)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中存在的弊端進(jìn)行了改進(jìn)，提升了實(shí)訓(xùn)效果。

VR技術(shù)不僅能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，還能降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。機(jī)械與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)系必將會(huì)變得更密不可分，而機(jī)械生產(chǎn)也定會(huì)隨著虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)的不斷完善與進(jìn)步變得更加高效。