虛擬仿真技術(shù)在水泵課程中的應(yīng)用

王 江，吳建華

（1.太原理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運城 044000）

虛擬仿真技術(shù)在水泵課程中的應(yīng)用

1，2王 江，1吳建華

（1.太原理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運城 044000）

主要針對離心泵整體部件的虛擬仿真制作進(jìn)行研究，主要包括：實現(xiàn)了基于三維實物離心水泵的快速建模，導(dǎo)出二維圖紙進(jìn)行編輯和導(dǎo)出三維動畫演示的制作過程。

虛擬仿真；三維建模；二維圖形；動畫

一、引言

虛擬仿真技術(shù)是對虛擬現(xiàn)實技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。虛擬仿真技術(shù)隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而形成的新興學(xué)科，它是通過建立真實的數(shù)學(xué)模型，利用計算機(jī)來達(dá)到對系統(tǒng)的分析、研究、設(shè)計等目的。

二、所用到的軟件

1.Solidworks軟件

Solidworks是美國參數(shù)公司開發(fā)的參數(shù)化建模軟件，是新一代CAD/CAM系統(tǒng)軟件。其功能強大，集零件設(shè)計、大型組件裝配、模具開發(fā)、鈑金設(shè)計、造型設(shè)計、機(jī)構(gòu)仿真及有限元分析等功能于一體，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天等領(lǐng)域。

2.autocad軟件

AutoCAD是由美國Autodesk歐特克公司于20世紀(jì)80年代初為微機(jī)上應(yīng)用CAD技術(shù)而開發(fā)的繪圖程序軟件包，經(jīng)過不斷的完善，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。

3.vrml軟件

VRML 是一種建立在 Internet 上的交互式三維多媒體的建模語言，它具有分布式、三維、交互性、多媒體集成、境界逼真等特征，被稱為第二代Web語言。VRML通過節(jié)點進(jìn)行三維描述，任何對象都用節(jié)點表示，可以通過標(biāo)準(zhǔn)形狀節(jié)點和高級形狀節(jié)點，創(chuàng)造虛擬環(huán)境中的靜態(tài)虛擬對象；通過各種動態(tài)造型節(jié)點和時間傳感器節(jié)點，實現(xiàn)動態(tài)建模；通過傳感器節(jié)點和視點控制，使系統(tǒng)能與用戶交互。

三、具體實施步驟

1.利用Solidworks軟件快速建立離心泵模型

（1）設(shè)計步驟：采用自下向上的裝配設(shè)計。即零件設(shè)計和造型完成后，在裝配環(huán)境中通過施加裝配約束，完成裝配模型。具體的實施過程主要有：a.零件設(shè)計。逐一構(gòu)造所有零件的特征實體模型。b.零部件的引用。c.裝配規(guī)劃。

（2）繪制方法：a.根據(jù)葉片木模圖的要求，用戶首先在SolidWorks軟件中建立一組等距（或不等距）的軸垂面。木模圖中葉片工作面與背工作面的木模截線是由所有軸垂面分別與葉片工作面、背工作面通過面面相交得到的交叉曲線。在 SolidWorks軟件中提供了非常方便的求解交叉曲線的工具。用戶只需調(diào)用“交叉曲線”工具，再分別拾取所有的軸垂面與工作面、背工作面，即可自動得到所有的木模截線。b.根據(jù)葉片的三維模型可以自動投影生成二維工程圖。將三維模型中生成的木模截線顯示到工程圖中，并通過畫線、陣列的方式得到所有的軸截面線條。對于背工作面的視圖，可以采用相同的方法得到。用戶還可以通過SolidWorks中的“旋轉(zhuǎn)工程視圖，對齊工程視圖”命令將工作面與背工作面兩個視圖進(jìn)行定位，最終可以得到木模圖。通過此方法生成葉片的木模圖，不僅準(zhǔn)確、方便，而且能實現(xiàn)葉片三維模型與二維木模圖的關(guān)聯(lián)，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計方法中水力圖與三維模型數(shù)據(jù)的孤立性。c.通過人機(jī)交互的方式指定葉片各軸截面、工作面、背工作面以及葉輪旋轉(zhuǎn)中心后，通過程序自動求解軸截面與工作面、背工作面的交叉曲線，然后對曲線旋轉(zhuǎn)，得到一系列旋轉(zhuǎn)曲面。指定的截平面實質(zhì)上是軸面截線的投影平面，通過截平面與生成的旋轉(zhuǎn)曲面求交叉曲線，實質(zhì)上是將所有軸面截線旋轉(zhuǎn)投影到截平面上，最后再輸出到工程圖中，前后蓋板的輪廓線可以通過轉(zhuǎn)換實體的形式，將蓋板輪廓線輸出到工程圖中，完成軸面圖的繪制。

2.將制作出的三維模型導(dǎo)出為autocad文件

（1）導(dǎo)出方法：點擊“另存為”，在保存類型中選擇“Dwg（*.dwg）”，保存位置和文件名稱由設(shè)計人員自己定，完成后點“保存”（或Alt+s）。這時會自動彈出So1idworks到Dwg的對話框，在左邊的定義圖層中設(shè)置好圖層的名稱、顏色、和線條式樣，可以參考GB／T14665—1998。在右側(cè)的映射實體，這是把solidworks中對應(yīng)的實體放到DWG文件的各圖層的設(shè)置，把各實體分別放到定義圖層中定好的圖層上去，要一一對應(yīng)，在這里顏色和線條樣式可以不再選擇，系統(tǒng)會自動對應(yīng)到前邊定義圖層時的顏色和線條樣式。做到這里可以保存映射文件，放到合適位置，當(dāng)然你儲存的若有映射文件，可以直接選擇裝入映射文件即可跳過上面的步驟，單擊“確定”即可完成在solidworks中的操作。

（2）進(jìn)行二次編輯及平面圖的打印輸出

3.將solidworks文件導(dǎo)出為vrml文件

（1）導(dǎo)出方法：選擇file/export菜單，出現(xiàn)一個對話框，點擊“存為類型”下拉選單框，選擇“VRML97（*.wrl）”文件類型，最后取一個相應(yīng)的名稱，這里取*.wrl，單擊“保存”，會出現(xiàn)一個VRML97Exporter對話框，取其默認(rèn)值，單擊ok即可生成需要的wrl文件。導(dǎo)出的wrl文件是文本方式的，其中有許多不必要的回車符、空格符和TAB符等，因此它的壓縮潛力是比較大的。在最終的VRML場景編輯完成后，使用gzip工具對VRML文件進(jìn)行壓縮，幾乎壓縮成原來文件大小的十分之一，而且完全不影響執(zhí)行。VRML瀏覽器會自動識別和解壓gzip格式的壓縮文件。

（2）播放方式：VRML多媒體課件的播放需要硬件和軟件的支持。VRML課件對硬件配置的要求不高，一般而言現(xiàn)在的計算機(jī)基本上都能滿足；在軟件上，VRML多媒體課件的播放需要VRML瀏覽器。如同HTML需要解釋器（如IE）一樣，觀看VRML文件生成的三維交互世界也需要解釋器，即VRML瀏覽器。常用的VRML瀏覽器有Cosmo Player、Cortona和 WorldView等，我們可以從從網(wǎng)上下載VRML瀏覽器。本文使用的是Cosmo Player瀏覽器。

[1] 侯永濤，黃娟. SolidWorks機(jī)械設(shè)計實用教程[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2] 葉修梓，陳超祥. SolidWorks基礎(chǔ)教程：工程圖[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

G642

A

1008-7427（2011）11-0147-01

2011-09-08

作者王江系太原理工大學(xué)在讀研究生，山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師；吳建華系太原理工大學(xué)教授，博導(dǎo)。