丘恩華，郭海峰，呂毅松，歐澤波，萬晟

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基于eDrawings的三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)現(xiàn)

丘恩華，郭海峰，呂毅松，歐澤波，萬晟

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510630）

提出用三維軟件開發(fā)環(huán)境建立機(jī)械零件的三維實(shí)體模型，利用3D動(dòng)畫查看與測(cè)量軟件eDrawings for iOS，建設(shè)了三維交互式可移動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，并描述了其實(shí)現(xiàn)步驟和體系結(jié)構(gòu)，最后集合實(shí)例闡述了三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

三維虛擬；模型匹配；素材；移動(dòng)設(shè)備

1 虛擬實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)質(zhì)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過這一平臺(tái)，可以進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、技術(shù)交流和協(xié)調(diào)研發(fā)等活動(dòng)。其主要的方法和形式是利用虛擬現(xiàn)實(shí)以及仿真技術(shù)，展開科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為研究設(shè)計(jì)的新手段，并且與理論、實(shí)驗(yàn)相得益彰，共同發(fā)揮著作用。

整體來講，如果對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行定義，可以圍繞以下兩方面的內(nèi)容進(jìn)行：①通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，但是這種實(shí)驗(yàn)環(huán)境極其逼真，實(shí)驗(yàn)者在這種環(huán)境下的感受與真實(shí)環(huán)境毫無二致，可以很好地完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和任務(wù)，有時(shí)候甚至?xí)〉帽日鎸?shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境更好的實(shí)驗(yàn)效果。②打造一個(gè)交互的環(huán)境，這種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所主要依賴相關(guān)的模擬程序和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，用戶可以通過建立新的實(shí)驗(yàn)單元，在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所中增添新的物體，進(jìn)而豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?？偠灾@兩方面的內(nèi)容雖然側(cè)重點(diǎn)和研究方向迥然不同，但還是可以找到其中的聯(lián)系和共同點(diǎn)，那就是虛擬實(shí)驗(yàn)室相當(dāng)于一個(gè)無墻實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)人員可以使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并且不受時(shí)間和空間的限制，能夠及時(shí)完成虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)操作，獲得數(shù)據(jù)和資源，還可以進(jìn)行指導(dǎo)和互動(dòng)。

2 闡述eDrawings的特點(diǎn)及代表

eDrawings是非常實(shí)用且性能突出的CAD文件的查看工具，在設(shè)計(jì)之初，eDrawings的定位就十分清晰，就是用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交流和溝通的工具，方便用戶在沒有安裝其他CAD軟件的情況下，直接打開文件，而且支持多種格式。另外用戶還可以分享這些文件，或者是直接查看那些經(jīng)過壓縮處理的文件，尤其是AutoCAD、UG以及Inventor等發(fā)布的一些高度壓縮的3D文件，通過eDrawings瀏覽器可以實(shí)現(xiàn)無障礙查看。eDrawings的典型代表是eDrawings for iOS，它適用在iPad、iPhone等使用iOS系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備上檢查本地的eDrawings?文件、DraftSight?文件、SolidWorks?零件、裝配體和工程圖文件，通過多觸控手勢(shì)輕易理解2D和3D設(shè)計(jì)的區(qū)別。

eDrawings for iOS具有以下優(yōu)點(diǎn)：①可以在空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)、縮小、放大以及前后平移三維模型；②可以將涉及的詳細(xì)信息在必要時(shí)隱藏，避免重要信息泄露；③可以動(dòng)態(tài)地查看三維模型的橫截面XY，YZ或ZX方向，從兩側(cè)輕松地在屏幕上方便地運(yùn)用滑塊拖動(dòng)來截取相交平面；④可以在三維模型上輕松地選擇面、邊、頂點(diǎn)、孔的過濾器來測(cè)量距離；⑤還可以在圖紙上創(chuàng)建標(biāo)記，包括文字說明，符號(hào)，尺寸，橫截面視圖，照片，攝像頭快照，然后與其他人共享標(biāo)記的eDrawings文件，進(jìn)行更多的互動(dòng)交流。

3 三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)步驟和體系結(jié)構(gòu)

3.1 三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)步驟

通常情況下，要想實(shí)現(xiàn)三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，需要在以下幾方面做好開發(fā)工作：①收集素材。素材包括機(jī)械產(chǎn)品的原始平面圖紙、數(shù)據(jù)、文字、照片等，素材是進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。②建立三維模型。這一環(huán)節(jié)的重要性毋庸置疑，它直接決定著三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的效果。如今可以匹配eDrawings的三維建模軟件有很多類型，如SolidWorks，AutoCAD，CATIA，UG，Inventor，Pro／ENGINEER。③模型裝配。模型裝配主要是完成機(jī)械產(chǎn)品的整體性，在這一步驟還需完成對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)。④作品發(fā)布。采用以上建模工作開發(fā)的三維作品，作品開發(fā)完成后可以很方便地導(dǎo)出*.eprt，*.easm，*.sldprt，*.sldasm，*.stl.*.*.prt，*.asm，*.asm，等格式文件，這些文件格式都可以在eDrawings中打開并瀏覽使用。

3.2 體系結(jié)構(gòu)

基于eDrawings的三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室主要包括Apple移動(dòng)設(shè)備及Web服務(wù)器組成，如圖1所示。

Web服務(wù)器主要提供Web服務(wù)，讓使用者可以進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、下載模型文件。它的功能與一般的遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)一樣，主要包括對(duì)使用者的基本信息管理、對(duì)模型數(shù)據(jù)庫、信息數(shù)據(jù)庫、信息集成系統(tǒng)的集成管理。

圖1 三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)圖

4 開發(fā)實(shí)例

4.1 三維模型和裝配體設(shè)計(jì)

本文使用SolidWorks三維建模工具對(duì)天生橋二級(jí)電站水輪發(fā)電機(jī)組采用1∶1的尺寸比例，分零件，并按照實(shí)物對(duì)每個(gè)零件命名進(jìn)行三維建模。然后在SolidWorks裝配環(huán)境中組合所有零件，并設(shè)置相應(yīng)的約束條件及干涉檢查。

4.2 作品發(fā)布

在SolidWorks中將作品發(fā)布至eDrawings中非常簡(jiǎn)單方便，在“文件”菜單下選擇“出版到eDrawings”，然后在彈出的對(duì)話框中，對(duì)導(dǎo)出文件的路徑、文件名進(jìn)行設(shè)置，最后選擇“確定”按鈕就可以生產(chǎn)eDrawings格式的作品，可以將導(dǎo)出的作品放在Web服務(wù)器中，供使用者使用。

4.3 在Apple移動(dòng)設(shè)備上使用

利用已安裝好eDrawings for iOS應(yīng)用的Apple移動(dòng)設(shè)備，訪問Web服務(wù)，對(duì)上面發(fā)布的作品進(jìn)行下載后，即可通過多觸控手勢(shì)輕易動(dòng)態(tài)地查看三維模型，對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮小、放大以及前后平移等操作。

5 結(jié)束語

隨著三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室在遠(yuǎn)程培訓(xùn)以及發(fā)展相應(yīng)培訓(xùn)理念方面的深入應(yīng)用，培訓(xùn)的環(huán)境、技術(shù)水平以及動(dòng)手能力都有了很大的改善和提高。而且三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室能夠?yàn)檫h(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的思路和方法，并且不受時(shí)間和空間的影響，真正做到了以使用者為中心，為其提高全方位和多角度的培訓(xùn)服務(wù)。

采用eDrawings技術(shù)開發(fā)的三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)勢(shì)明顯，特征突出，依照上述三維虛擬可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)過程的具體步驟和主要關(guān)鍵技術(shù)等，希望能為三維虛擬實(shí)訓(xùn)室開發(fā)提供一些參考。

［1］二代龍震工作室.SolidWorks+Motion+Simulation建模/機(jī)構(gòu)/結(jié)構(gòu)綜合實(shí)訓(xùn)教程［M］.第2版.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［2］鄭源.水輪機(jī)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

［3］陶麗，趙俊.3ds Max2010三維動(dòng)畫制作典型案例［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

2095－6835（2019）01－0148－02

TP391.9

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.148

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕