基于Virtools的叉車訓練仿真系統的應用研究

摘要基于Virtools叉車訓練系統的研究，結合叉車訓練和考核所涉及的科目，利用3dsMax建模和Virtools交互技術，構建三維虛擬叉車訓練場景，采用Virtools技術BB模塊中Physics Car將虛擬叉車實現物理車駕駛功能，利用人工智能AI實現貨叉裝卸貨物。

關鍵詞Virtools 3dsMax 物理車 人工AI

中圖分類號:G71文獻標識碼:A

在叉車職業技能培訓中，學員的實際操作能力尤為重要，在叉車實體操作前，利用虛擬現實技術對虛擬叉車及訓練環境進行模擬訓練，節約了培訓經費，提高訓練的實效性。

1 叉車訓練內容

叉車又稱為萬能裝卸機、自動升降機等，是指對成件托盤物件進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業的各種輪式工業搬運車輛。它適用于車站碼頭機場、車間、倉庫、流通中心等。叉車一般可分為內燃叉車和電瓶叉車。內燃叉車可在室內外作業，電瓶叉車則適合在室內作業，本文將以電瓶叉車來闡述仿真訓練系統.叉車既節約了勞動力，提高倉庫容積的利用率，并且在作業的時間、安全、可靠、效率都往前邁進許多，可以說叉車的使用促進了托盤運輸的發展。

叉車訓練主要涉及到兩部分內容:叉車基礎駕駛和叉卸貨物。基礎駕駛包含通道駕駛、過窄通道、轉8字的樣式。叉卸貨物涉及直角取卸貨物。

2 軟件技術組合的選擇

2.1 3ds Max

3ds Max強大的建模功能，能夠制作出逼真場景，時下許多游戲的模型、角色、道具都是出自該軟件。最為難得是其與Virtools完美結合。3ds Max通過三種方式導給Virtools包括一般物體、角色和動畫。三種方法可以與NMO、CMO、 VMO格式被Virtools所接納。在CG其他資料中能夠看到大量3ds Max相關介紹，此文就不細說。

2.2 Virtools

Virtools是由法國達索開發一款交互軟件，設計人員只需拖曳所需要的行為模塊到模型上就可以建構出復雜的互動應用程序，值得一提的是能夠讓不了解程序的美術設計人員來使用該款軟件Virtools能夠對二維或三維模型實現位移、旋轉 、縮放 、顏色、光線、貼圖、投影等變化，實現角色走跑跳等各種動作，還能模擬物理世界物理效應。Virtools內有600多組的行為模塊BB(Behavior Block)，具有強大的交互功能，具有是方便易用，應用領域廣等特點。

3 訓練環境功能簡易實現

(1)3DsMax模型部分。虛擬訓練環境需要三維虛擬模型，包括叉車模型和訓練場地模型、貨物模型。訓練場地模型按照叉車訓練需要測試的室內封閉環境建設，內含8字彎道，一字道，Z字道。貨物模型包括貨剁和貨架，物架要求留有空隙能讓貨叉伸入。叉車選擇中等電瓶叉車，叉車模型主要分為車身四輪和升降貨叉以適合在VR中加入物理屬性和伸降功能。叉車模型特別需要提到三個問題:一是關于軸向問題，需要將Max創建的叉車模型的軸向修改成VR匹配的軸向;二是命名，車所有的命名需要有相同的前綴，四輪必須含有FR LR BR BL字樣;三是調整父子關系，叉車主體為父級，其它為子級別，當然這也可在Virtools完成。模型創建完畢后需要對相關模型繪制貼圖，營造真實的三維氣氛。

(2)3DsMax與Virtools銜接部分。Virtools交互設計部分Virtools5.0安裝版本提供Max2009以上的輸出格式插件，在Max軟件中，將制作的模型選擇NMO格式輸出到VR新建數據文件夾之下。訓練環境模型、貨物、叉車選擇Export as Objects。啟動VR新建一個作品，在新建數據資源庫中找到訓練環境模型、叉車模型、貨物，給環境模型、貨物、叉車模型等添加紋理圖案、給整個環境添加燈光。

(3)Virtools5.0擁有600多個BB， BB即為Building Block “互動行為模塊”就像在堆積木一樣，利用拖拽將互動行為模塊賦予在適當的二維或三維對象或角色上，以流程圖的方式決定行為模塊的處理先后來形成完整的交互行為。Virtools擁有Virtools Physics Pack.可以提供真實的物理世界的一些如:重力、質量、摩擦力、彈力、浮力、等物理屬性。

訓練環境模型和貨物都給予Physicalize物理屬性，墻壁和地板貨架設定為固定，貨物設定為活動。模擬真實環境中貨物被叉車碰撞后產生移動。貨物腳本還需增加接收信息BB(Switch on message) 。

叉車較為復雜，先將鍵盤控制Switch On Key和PhysicCar施加給叉車父體。在Switch On Key中設定鍵盤前后左右加速剎車的按鍵。PhysicCar是Virtools Physics Pack車輛動態特殊物理屬性，可以提供三種決定車身車輪馬力等屬性的Array陣列:BODY Parameter.WHEEL-SUSPENSION Parameter.ENGINE-STEERING Parameter主要涉及到車輛質量、摩擦、彈性、減速度、旋轉阻尼、重心便移、車輪最大轉向角、轉向速率、發動機功率、最小/最大發動機轉速、前/后輪剎車能力、車輪質量、摩擦力、彈性、旋轉慣性等參數。修改(下轉第57頁)(上接第50頁)這些屬性使之符合電瓶叉車運動特點。

貨叉叉取貨物將采取人工智能的方式，為其施加Test 、Get distance、set parent、add child等BB。設定(Switch on key)鍵盤數字1鍵時貨叉將測試與貨物的距離，貨叉幾乎在貨物下方時，可設定具體數值，貨叉發送信息給貨物，貨物腳本接收信息，貨叉與貨物之間建立父子關系，貨物將被視為貨叉的子物體跟隨升降和移動。按2鍵貨物取消與貨叉的子父關系，貨物將下落在指定位置。至此叉車駕駛與叉取功能的部分交互設計完畢。

創建攝像機，為新增攝像機增加腳本，賦予 (Set Position)和(Look At)兩個BB，將兩個BB都設置為循環執行。將Set Position目標參考對象設為叉車父體，調整攝像機與叉車的位置，將攝像機鎖定在叉車駕駛座位人眼高度，攝像機將跟隨叉車移動模擬人視點.將Virtools默認攝像機改為此攝像。

在叉車和貨物腳本中加入BB陰影投射(Shadow Caster)在其燈光參數中選擇之前創建的燈光，選擇地板為其增加投射陰影接收器屬性.這樣叉車和貨物都將在地面產生陰影。

為叉車和貨叉腳本加入播放聲音實例(Play Sound Instance)，設置對應的聲音文件分別為叉車行駛聲音和貨叉升降聲音。

訓練環境的發布:一種為單機操作，保存CMO文件格式，這需要電腦安裝Virtools才能操作。第二種是以VMO文件格式保存，同時以HTML文件格式也保存一份，需要安裝播放插件Virtools Web Player，可單機也可發布到網絡。最后可發布成EXE文件格式。

4 結束語

通過研究Virtools工具對叉車訓練的開發方法，初步實現了Virtools技術在虛擬叉車模擬訓練的應用。本文只對Virtools在叉車訓練應用作了基本的研究，鑒于Virtools開發出的這種虛擬訓練模式在電腦上就能實現，可增強學員學習興趣，節約培訓經費，提高訓練的實效性。

參考文獻

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[2]劉明昆.三維游戲設計師寶典-VirTools開發工具篇.四川出版集團，四川電子音像出版中心，2005.

[3]孫倩.基于3DS MAX的三維建模及其在Virtools環境中的應用.中國科技信息，2008.