李恩挺　孟永彪

摘要：該文通過在3D技術(shù)的基礎(chǔ)之上結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)Virtools軟件，開發(fā)了3D交互式U型管換熱器拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。提出了一種結(jié)合3D建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立3D交互式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的思路。以Auto CAD和3ds max進(jìn)行建模，通過3ds max和Virtools的協(xié)作，在Virtools中進(jìn)行相關(guān)場(chǎng)景和交互式拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。通過研究開發(fā)，發(fā)現(xiàn)該思路簡(jiǎn)單、易行，最后的成果可操作性好，達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：3D建模；Virtools；交互式；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）31-7528-04

1 概述

傳統(tǒng)化工設(shè)備的拆裝維修培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)課，主要是通過對(duì)二維圖紙的分析、車間的實(shí)訓(xùn)和一些拆裝演示視頻進(jìn)行。其可視性差、培訓(xùn)周期較長(zhǎng)、動(dòng)手操作性低，不能很好的調(diào)動(dòng)學(xué)員的積極參與，達(dá)不到拆裝實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的。一種可視性好、周期短、可操作性好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，對(duì)化工設(shè)備拆裝人員的培訓(xùn)和石化設(shè)備相關(guān)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)課程，就顯得尤為重要和必要。本研究以3D交互式U型管換熱器拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立為重點(diǎn)研究對(duì)象，以在研究中一些問題的發(fā)現(xiàn)和研究解決為主線，論述3D技術(shù)和交互式技術(shù)在化工設(shè)備拆裝實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實(shí)在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造一個(gè)形象逼真的模型，人與之進(jìn)行交互，產(chǎn)生與真實(shí)世界相同的反饋信息，使人們獲得與真實(shí)世界相同的感受 [1] 。3D交互式U型管換熱器拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就是利用現(xiàn)在流行的3D建模技術(shù)和虛擬交互式技術(shù)和好的結(jié)合在一起，研究創(chuàng)建一個(gè)可視化好、周期短、學(xué)員可以親自動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。3D建摸軟件比較多，如AUTOCAD、UG、3ds Max等，可選用的也比較多。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)軟件本來不多，且具用3D和交互式開發(fā)功能更是鳳毛麟角。根據(jù)開發(fā)的要求我們?cè)诮换ナ介_發(fā)軟件方面選取法國(guó)的達(dá)索公司的Virtools作為3D交互式U型管換熱器拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后期交互式開發(fā)工具。

Virtools是一種用來開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專業(yè)軟件，是被業(yè)公認(rèn)的最好的交互式、虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)軟件，是一種可以進(jìn)行3D交互式虛擬技術(shù)開發(fā)的軟件。但是Virtool軟件中不可進(jìn)行相關(guān)的3D建模，Virtools的三維模型的導(dǎo)入現(xiàn)在需通過一個(gè)插件Max to Virtools把3Ds Max的模型導(dǎo)入Virtools中。使用CAD、3ds和3ds Max等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，能夠逼真的精細(xì)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征，這種方法可以達(dá)到較高水平的細(xì)節(jié)程度（“真三維”實(shí)體）[2] 。利用AutoCAD和3Ds max的無縫導(dǎo)入，故可以用AutoCAD進(jìn)行U型管式換熱器的3D建模。

2 技術(shù)路線

先通過Auto CAD進(jìn)行3D建模然后導(dǎo)入3Ds Max，再通過輔助插件Max to Virtools把在3dsMax中的模型導(dǎo)入Virtools中，進(jìn)行后續(xù)的相關(guān)虛擬交互式功能實(shí)現(xiàn)。交互式功能的實(shí)現(xiàn)是通過在五個(gè)不同的模塊中實(shí)現(xiàn)的：操作說明模塊、裝配演示模塊、虛擬裝配模塊（交互操作）、拆裝簡(jiǎn)介模塊和制作說面模塊。這五個(gè)不同的操作模塊中各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)后，經(jīng)調(diào)試成功后，就進(jìn)入產(chǎn)品的發(fā)布階段。其具體技術(shù)路線如圖1所示。

2.1 U型管式換熱器3D模型建立

U型管式換熱器包括：鞍座、筒體、U型管束、管板、墊圈、緊固件螺栓螺母墊片等。在CAD的三維模式下利用其拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等操作對(duì)各部件進(jìn)行建模。根據(jù)具體實(shí)際情況在實(shí)際的拆裝維修和認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)中：鞍座和筒體是焊接連接，是不可拆卸的，故再把筒體和鞍座作布爾運(yùn)算的合集，同時(shí)將相關(guān)同類3D模型進(jìn)行布爾運(yùn)算以滿足后期的需要。將建立好的模型按其實(shí)際位置裝配成一個(gè)整體的U型管式換熱器，最后將3D模型導(dǎo)入Vitrools中。

4 產(chǎn)品的發(fā)布

3D交互式U型管換熱器拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在各部分功能實(shí)現(xiàn)的情況下建立成功了，下面就是要做最后的產(chǎn)品發(fā)布。Virtools的發(fā)布包括了兩種情況：一種是在Virtools環(huán)境下的，另一種是在沒有安裝Virtools下的。將整個(gè)3D交互式U型管換熱器拆裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以“*.CMO”文件保存則必須要求在安裝Virtools下才能使用。另一種則是利用Virtools Make Exe插件直接將相關(guān)的Virtools文件生成“*.exe”文件，可以在沒有安裝Virtools的環(huán)境下，進(jìn)行單機(jī)安裝使用，也可以發(fā)布到網(wǎng)上，只要用戶安裝了相關(guān)的播放插件都可以進(jìn)行虛擬拆裝實(shí)驗(yàn)。本次采用生成“*.exe”文件的方式發(fā)布，如圖7所示為裝配演示界面的裝配演示過程截圖。

5 結(jié)束語

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，他在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，在化工機(jī)械行業(yè)中也有許多的應(yīng)用，如各種的虛擬加工制造廠、甚至是虛擬化工廠。虛擬實(shí)驗(yàn)室較于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室有許多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在化工機(jī)械中的應(yīng)用，正在不斷的探索和研究之中。該文所才有的Virtools技術(shù)隊(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)和研究，提出了結(jié)合3D建模技術(shù)和Vitools的方法是一種是十分好的進(jìn)行建立交互式虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的思路。采用結(jié)合3D建模技術(shù)和Vitools的方法，建立虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，時(shí)間快、效果好、構(gòu)造的平臺(tái)易于學(xué)習(xí)。使接受培訓(xùn)的學(xué)員有到了車間、工廠的感覺。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立不是一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)的建立、也不是一成不變的，作者下一步再根據(jù)其在實(shí)際使用中的問題和建議進(jìn)行更好的完善和改進(jìn)，也準(zhǔn)備進(jìn)行多平臺(tái)協(xié)作虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究。

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