摘?要：機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺在機械制造企業(yè)產(chǎn)品生命周期中發(fā)揮著越來越重要的作用，但傳統(tǒng)的產(chǎn)品模型的展示方式受到時間和空間上的種種限制，即使采用網(wǎng)站平臺由于二維圖片及裝配簡圖等展現(xiàn)模式，也無法將產(chǎn)品完整地展示出來。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，VRML技術(shù)為企業(yè)展示產(chǎn)品造型開辟了一條全新的道路，為機械企業(yè)產(chǎn)品從設(shè)計到銷售、售后各個產(chǎn)品生命周期環(huán)節(jié)提供了極大的便利，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；虛擬現(xiàn)實；三維建模；C#腳本程序

一個機械零件從設(shè)計、加工成型到入庫，再到產(chǎn)品發(fā)布、銷售與售后，幾乎每個環(huán)節(jié)都涉及對零件的特征進行展示。為此，在對零件進行設(shè)計、數(shù)據(jù)管理和產(chǎn)品發(fā)布的各個環(huán)節(jié)中，經(jīng)常需要進行由三維模型到二維圖形，再從二維圖形回到三維模型的空間思維活動，由此讓企業(yè)員工和用戶了解產(chǎn)品的特征，這也是對機械零件信息進行數(shù)據(jù)管理和發(fā)布的重要之處。然而在實際進行機械零件數(shù)據(jù)庫的管理和產(chǎn)品發(fā)布過程中，企業(yè)只是把機械零件的數(shù)據(jù)信息放在數(shù)據(jù)庫中進行管理，對外發(fā)布新產(chǎn)品時，也只向客戶展示機械零件的二維平面圖片，這樣客戶只能片面地看到零件，需要自己去想象零件的特征。有的企業(yè)會把機械零件的實體展示給客戶，雖然這樣可以讓客戶更直觀地看到機械零件的特征，但是即便是一個簡單的減速器都有好幾十個零件，企業(yè)把每個零件加工出來作為展示，大大增加了企業(yè)的運營成本。

隨著計算機科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)節(jié)企業(yè)已普遍采用數(shù)字化模式，對已有的數(shù)字化三維模型進行存儲入數(shù)據(jù)庫，在虛擬現(xiàn)實平臺場景中調(diào)入并展示，便可解決機械在各個生命周期中的應(yīng)用需求。因此，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)對機械零件的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺的開發(fā)與應(yīng)用是解決機械產(chǎn)品生命周期中各個環(huán)節(jié)應(yīng)用要求的最有效的途徑，本數(shù)據(jù)平臺采用先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以使企業(yè)高效率、低成本地對機械零件的信息進行管理和展示，使用戶可以通過網(wǎng)頁直接瀏覽機械零件的三維模型，不受各種限制，簡易地實現(xiàn)對產(chǎn)品零件模型的交互操作，滿足企業(yè)員工和產(chǎn)品客戶的不同需求。

1?數(shù)據(jù)平臺開發(fā)方案的選擇

由于基于虛擬現(xiàn)實的數(shù)據(jù)平臺的開發(fā)具有一定的復(fù)雜性，可以采取原型法進行開發(fā)數(shù)據(jù)平臺，我們可以先實現(xiàn)展現(xiàn)最為典型的機械產(chǎn)品如二級圓柱齒輪減速器，生產(chǎn)減速器企業(yè)的機械三維模型如SolidWorks建模的產(chǎn)品三維文件，可以將建好的模型文件導(dǎo)出為VRML文件（wrl格式），在生成wrl格式文件時要考慮虛擬現(xiàn)實模型在導(dǎo)入場景后的位置、視角及尺寸大小便于用戶的觀察，再將VRML文件按照庫存管理要求修改；也可以根據(jù)需求直接保存成三維CAD軟件用來跨平臺交流的eDrawings文件（eprt格式）。如果數(shù)據(jù)平臺有更復(fù)雜、更逼真的虛擬現(xiàn)實交互要求，我們就要將機械產(chǎn)品的三維CAD文件通過3ds?Max軟件導(dǎo)出為FBX文件格式，便于在Unity平臺中利用C#腳本程序?qū)崿F(xiàn)逼真的虛擬現(xiàn)實場景的創(chuàng)建。［1］

因而在本數(shù)據(jù)平臺的開發(fā)過程中，我們是按照實際需求同時完成幾種方案，并對各種實現(xiàn)方案進行比較，便于不同類型的企業(yè)選擇適合自己的方案，企業(yè)的機械產(chǎn)品生產(chǎn)類型越龐大，所需要的數(shù)據(jù)平臺方案復(fù)雜性越高，平臺數(shù)據(jù)管理的要求就越高，數(shù)據(jù)平臺開發(fā)原型就越復(fù)雜，投入的成本就越高。為了使用戶使用，我們選擇網(wǎng)頁作為機械產(chǎn)品虛擬現(xiàn)實的數(shù)據(jù)平臺的載體，最后通過網(wǎng)站調(diào)試與發(fā)布，企業(yè)用戶可以通過多種終端在網(wǎng)站上對機械零件進行管理，產(chǎn)品的客戶可以通過不同權(quán)限訪問網(wǎng)頁，通過虛擬現(xiàn)實瀏覽機械零件的三維模型，獲得更好的產(chǎn)品體驗，增加企業(yè)產(chǎn)品推廣的廣度與深度，提高企業(yè)產(chǎn)品在銷售與售后服務(wù)渠道的競爭力，更好地服務(wù)客戶，最大化地增加企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。

2?數(shù)據(jù)平臺開發(fā)的技術(shù)探索

2.1?機械零件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中機器產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)的來源

機械零件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺的機械產(chǎn)品模型可以直接使用產(chǎn)品設(shè)計階段的三維數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)平臺對不同用戶具有不同開放度，如企業(yè)內(nèi)部協(xié)同設(shè)計人員應(yīng)通過網(wǎng)站的訪問權(quán)限獲得產(chǎn)品的準確數(shù)據(jù)，但如果作為營銷圖像或招標(biāo)動畫，要考慮企業(yè)本身數(shù)據(jù)文件的安全性，平臺發(fā)布的產(chǎn)品3D數(shù)據(jù)，防止競爭對手測量產(chǎn)品的幾何圖形，我們可以利用例如SOLIDWORKS?Composer提供的扭曲幾何的工具，以防止產(chǎn)品數(shù)據(jù)被他人惡意測量剽竊。［2］當(dāng)然在平臺上設(shè)置不同權(quán)限也是行之有效的手段，除此之外，用戶還可以為重要產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件添加訪問密碼或失效日期，來進一步增加數(shù)據(jù)的安全性［3］。

2.2?平臺中基于虛擬現(xiàn)實的機械零件數(shù)據(jù)存儲的實現(xiàn)機制

在數(shù)據(jù)平臺中會涉及大量基于虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品零件三維數(shù)據(jù)，如何將這些數(shù)據(jù)保存入數(shù)據(jù)庫，并且在一般網(wǎng)頁和復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實交互場景中方便地調(diào)用，是本平臺開發(fā)需要重點解決的問題，建立基于虛擬現(xiàn)實的三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫可以采用將產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實三維數(shù)據(jù)信息完全存入數(shù)據(jù)庫中，這樣會導(dǎo)致機械產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量龐大，而且數(shù)據(jù)更新速度較慢；另一種有效的方式就是在數(shù)據(jù)庫中存放虛擬現(xiàn)實三維數(shù)據(jù)文件索引的形式，這種方式在將虛擬現(xiàn)實三維模型作為插件插入簡單網(wǎng)頁或在unity虛擬現(xiàn)實游戲開發(fā)引擎中利用C#腳本程序調(diào)用時會十分便利，因而我們可以考慮使用虛擬現(xiàn)實三維數(shù)據(jù)文件索引的形式作為本數(shù)據(jù)平臺虛擬現(xiàn)實數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的途徑。

3?基于虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)頁平臺的搭建

3.1?軟件的選擇

網(wǎng)頁制作所需軟件我們可使用Dreamweaver軟件進行網(wǎng)頁的編輯，對于數(shù)據(jù)庫軟件的選擇，如果數(shù)據(jù)規(guī)模較小，我們可以使用Access數(shù)據(jù)庫軟件，如果數(shù)據(jù)規(guī)模較大可使用SQL?Server數(shù)據(jù)軟件。

3.2?網(wǎng)頁制作所需素材制備

在SolidWorks建模完成后，就可以直接把對應(yīng)的圖另存為VRML格式，基于VRML（虛擬現(xiàn)實建模語言）的wrl格式文件在網(wǎng)頁中以插件形式打開，可以讓用戶以便捷的方式、直觀、交互地瀏覽機械產(chǎn)品零件，可以得到很好的用戶體驗。生成的VRML文件在網(wǎng)頁瀏覽器直接打開瀏覽的效果如圖1所示，用戶可以利用鍵盤、鼠標(biāo)或手指交互得到觀察實物一樣的效果，對于大型笨重的零件就更為便利。

在對機械零件進行數(shù)據(jù)管理和發(fā)布時，機械零件的二維圖片也是不可或缺的，二維圖片可以作為用戶在網(wǎng)頁中的直觀區(qū)別各種零件的檢索信息，截圖的方法有很多，但是其過程都比較煩瑣，而且截下來的圖片質(zhì)量不高，不能逼真地表達零件的外形。SolidWorks不僅提供了三維建模的平臺，還可以對建好的三維模型進行渲染，生成質(zhì)量高、逼真的機械零件圖片，如圖2所示。

4?基于虛擬現(xiàn)實的ASP機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)動態(tài)網(wǎng)頁簡介

我們?yōu)榱吮Ｗo數(shù)據(jù)的安全性、提高腳本代碼的重用度及數(shù)據(jù)的訪問效率，采用了ASP動態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)，因為ASP動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)具有易于修改與測試、很好的腳本源代碼的保護性能，吸收了多種較為實用的技術(shù)，是一種發(fā)展較為成熟的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)，其核心技術(shù)是對組件和對象技術(shù)的充分支持。通過使用ASP的組件和對象技術(shù)，用戶可以直接使用ActiveX控件，調(diào)用對象方法和屬性，可以使用服務(wù)器端ActiveX組件來實現(xiàn)多種任務(wù)，方便連接數(shù)據(jù)庫等一系列優(yōu)點，使得開發(fā)中我們以簡單的方式實現(xiàn)強大的基于虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)展示功能。

5?基于虛擬現(xiàn)實的機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺上的產(chǎn)品動畫與虛擬運動仿真

為了更好地體現(xiàn)機械產(chǎn)品的功能，在機械產(chǎn)品生命周期的每個階段，我們希望機械產(chǎn)品能夠與現(xiàn)實無差異，而且能夠比實物更便利地通過動畫與虛擬運動仿真展示其功能及實現(xiàn)細節(jié)。我們可以實現(xiàn)機械產(chǎn)品動畫與虛擬運動仿真的方式很多，可以根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品規(guī)模、技術(shù)能力等各方面因素選擇自己的解決方案。

我們可采用關(guān)鍵幀動畫與編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)動畫的模式來進行機械產(chǎn)品的虛擬展示。相比而言，關(guān)鍵幀動畫更易實現(xiàn)，機械三維CAD軟件（如SolidWorks、UG等）均提供了較為強大的關(guān)鍵幀動畫實現(xiàn)功能，如圖3所示：

圖3?行星輪減速器運動算例中實現(xiàn)的關(guān)鍵幀動畫

在完成關(guān)鍵幀動畫后，我們可將其保存成eDrawings文件（eprt格式），在eDrawings中轉(zhuǎn)換為網(wǎng)頁文件或生成exe文件嵌入網(wǎng)頁文件中，可以輕松地實現(xiàn)動態(tài)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)平臺化。

如果企業(yè)機械產(chǎn)品規(guī)模較大，種類繁多，采用編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)動畫的模式可以大大提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺動態(tài)交互部分開發(fā)的效率，我們可以采用unity?3D開發(fā)平臺，并將三維CAD的產(chǎn)品數(shù)據(jù)在3ds?Max中轉(zhuǎn)換為unity?3D開發(fā)平臺支持的FBX類型三維機械零件模型，可以將FBX三維機械零件模型直接加入unity項目中，也可以將文件鏈接保存到Access數(shù)據(jù)庫，在腳本程序中便可調(diào)用這些三維模型，通過C#腳本程序?qū)崿F(xiàn)對機械零件的相關(guān)虛擬操作，采用這種模式的優(yōu)點就可以提高代碼的重用度，不需要反復(fù)編寫功能相似的代碼，腳本代碼只需編寫一次便可多次使用，大大提高了基于虛擬現(xiàn)實的三維機械零件數(shù)據(jù)平臺的開發(fā)效率。當(dāng)項目完成后，我們可以通過Build?settings選擇相應(yīng)的形式對開發(fā)的內(nèi)容進行打包發(fā)布，也可通過相應(yīng)的功能插件實現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)頁平臺的嵌入。

6?產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺運行終端的擴展

基于虛擬現(xiàn)實的機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺是否具有良好的跨平臺性能是該應(yīng)用是否為企業(yè)創(chuàng)造更多價值的關(guān)鍵，通過前面的開發(fā)與測試，我們不難發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)平臺在PC機平臺運行具有很高的穩(wěn)定性，當(dāng)然我們也可以選擇在手機的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上以電腦模式實現(xiàn)該數(shù)據(jù)平臺的運行，但由于手機、平板等設(shè)備的特性，該平臺不加以擴展就在手機、平板等設(shè)備上運行將無法帶來最佳的用戶體驗，我們可以通過擴展數(shù)據(jù)平臺的部分模塊的運行模式來解決這一問題，以達到降低企業(yè)平臺數(shù)據(jù)訪問成本，以達到提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用廣度與深度的目的，使該數(shù)據(jù)平臺能創(chuàng)造更好的企業(yè)經(jīng)濟價值。

在基于虛擬現(xiàn)實的機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺中，我們要擴展部分內(nèi)容的訪問終端運行模式，應(yīng)該以數(shù)據(jù)的復(fù)雜性為依據(jù)采用不同的解決方案。如果是中小型機械企業(yè)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)并不復(fù)雜，數(shù)據(jù)的交互性要求也不高，我們可以將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成STL格式或eDrawings文件類型的eprt格式，有很多成熟的網(wǎng)頁插件和手機APP程序或iOS程序能很好地支持這些數(shù)據(jù)文件類型的訪問與運行。

對于大型機械企業(yè)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)復(fù)雜并且數(shù)據(jù)平臺運行性能要求較高，我們在開發(fā)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺時，所創(chuàng)建的產(chǎn)品交互場景在最后發(fā)布設(shè)置Build?settings時可選擇相應(yīng)的發(fā)布模式，如安卓手機能訪問的Android?Build模式或蘋果平臺的iOS?Build模式。

通過對該機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺運行終端的擴展，為企業(yè)能更便利地使用數(shù)據(jù)平臺創(chuàng)造了可能性。例如，產(chǎn)品倉庫管理人員與產(chǎn)品的銷售人員通過手機可便捷直觀地了解產(chǎn)品的細節(jié)，該平臺的運用將顯著地提高企業(yè)運行的專業(yè)化、規(guī)范化和高效化程度。

結(jié)語

通過實踐，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機械企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺能夠順利地搭建并運行，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機械企業(yè)產(chǎn)品在我們的機械企業(yè)中極少應(yīng)用，即便在產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)銷售環(huán)節(jié)中大型電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)機械產(chǎn)品的展示還停留在較傳統(tǒng)的二維平面效果圖狀態(tài)，幾乎未達到虛擬現(xiàn)實展示機械產(chǎn)品的逼真度、交互性，遠遠不能滿足機械產(chǎn)品生命周期各階段的用戶需求。因而采用并積極推廣基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機械企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺是企業(yè)提高產(chǎn)品效益、增強企業(yè)競爭力的有效途徑。［4］在這個基礎(chǔ)上，我們還應(yīng)積極應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)改良平臺，完善平臺，我們相信隨著基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機械企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺的應(yīng)用及不斷發(fā)展，企業(yè)一定會增加自己的核心競爭力，走上更廣闊的智能化發(fā)展道路。

參考文獻：

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［2］陳超祥，胡其登.SOLIDWORKS?Composer使用指南?2018版［M］.機械工業(yè)出版社，2018，9.

［3］薛云娜.基于Composer的機械基礎(chǔ)虛擬實驗的研究［J］.機械設(shè)計，2022（39）.

［4］王亮.企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用趨勢——集團級機械設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)平臺項目建設(shè)［J］.營銷界，2020（25）.

作者簡介：劉秋平（1972—?），男，江蘇揚州人，東南大學(xué)工學(xué)碩士，揚州市職業(yè)大學(xué)副教授，高級程序員，研究方向：虛擬現(xiàn)實、計算機輔助設(shè)計、軟件工程。