基于Quest3D的發動機虛擬拆裝系統

陳 洋 鐘相強 蘇厚仁

（安徽工程大學機械與汽車工程學院，安徽蕪湖241000）

0 引言

虛擬裝配作為虛擬現實技術的重要組成部分，近年來得到學術界和工業界的廣泛關注，是近年來重要的研究方向之一。利用虛擬裝配技術，可以驗證產品零部件之間的正確裝配關系及操作正確與否，以便及早的發現裝配和設計中的問題，修改模型，提高裝配質量和有效解決難以用物理模型解決的技術問題等[1-2]。

文中介紹了Quest3D軟件、發動機模型信息的轉換和基于Quest3D的發動機虛擬拆裝過程。通過裝配仿真，證明了該系統具有較理想的沉浸感和反應速度，為產品的裝配提出了一種新的技術手段。

1 Quest3D簡介

Quest3D具有一套快速制作模組流程，利用Drag&Drop拖拉方式將互動行為模組賦予在適當的角色或物件中，以流程圖方式決定模組執行順序，不需要強大的程式語言基礎就可以做出滿意的成品和意想不到的效果。在Quest3D里，所有的編輯器都是可視化和圖形化的，真正所見即所得[3-4]。

Quest3D軟件打開的界面如圖1所示。

圖1 Quest3D界面

2 基于Quest3D發動機虛擬拆裝及發布

2.1 將collada（.dae）模型導入Quest3D并設置阻尼

通過在UG NX中完成發動機所有零部件的裝配，接著對發動機模型格式進行轉換。應用Deep Exploration(DE)軟件來對NX建立的.prt模型進行轉換，而dae格式對于Quest3D軟件支持較好，所以最好選擇轉換成*.dae格式來進行虛擬拆裝。

其次，將導出的dae模型放在一個文件夾內，打開Quest3D軟件，然后將事先轉換好的發動機dae文件全部導入，調整好模型的大小和位置。如果將發動機整機導入DE軟件，然后再逐個導出發動機零件，這樣在導入Quest3D時默認位置即是裝配狀態。

值得注意的是，導入的零件在Quest3D中信息并不是在一起的，如圖2所示，因此，需要將各個零件的信息復制到同一個StartGroup下，然后進行編輯。

圖2 導入到Quest 3D中零件信息

2.2 設置阻尼——讓動作慢一點

如果僅僅簡單的將模型導入后實現拆裝，其拆裝速度比較快，達不到所期待的效果，因此，需要設置阻尼。阻尼的力學模型一般是一個與振動速度大小成正比，與振動速度方向相反的力。阻尼能模擬空氣，水等流體對振動的阻礙作用。在Quest3D中，Value，Vector與Matrix都有相對應的阻尼可以使用。

將零件的位置矩陣信息中Value值刪除后，添加Inertia模塊，并賦予Value值。這樣就給一個零件設置阻尼，不過這個阻尼只對動態的物體才有效果，對于靜態的物體沒有效果。其中Damping值可以更改，當Damping值越小時，阻尼越大。

2.3 虛擬拆裝的實現

2.3.1 通過鍵盤實現拆裝

用鍵盤實現發動機拆裝時，其實就是改變發動機零部件的位置矩陣信息。當點擊某個鍵時，即外設觸發了程序，系統就會自動的把事先設置的Value值賦予給零部件的位置矩陣。這樣發動機零部件的位置信息就會改變，從而實現發動機拆的過程。類似地，當按動另一個按鍵時，系統將原來零件的位置矩陣信息重新賦給發動機零件。這樣就實現了零件的裝配過程。以此類推，可以依次給發動機各個零部件設置拆裝程序，就能實現鍵盤控制的發動機拆裝過程[5-6]。

因為發動機包含的零部件較多，而實現一鍵對應一個零部件的拆裝可能性不大，而且也很繁瑣。通過對發動機整機的分析，系統將發動機零部件分為十個部分，從現實的角度出發，將每個部分分別放在不同的位置，便于裝配，用二十個鍵完成控制其拆裝。具體分配如下：

用Q鍵控制帶輪、帶輪螺絲、發電機骨架、發電機V帶、發電機總成的拆開，用A鍵控制其裝配；用W鍵控制空調總成、空調V帶、空調支架、起動機、起動機螺絲的拆開，用S鍵控制其裝配；用E鍵控制進氣管、排氣管、配電器總成、上箱蓋、上箱蓋螺絲的拆開，用D鍵控制其裝配；用R鍵控制水泵、凸輪軸齒輪、凸輪軸墊片、凸輪軸鍵、張緊輪、正時皮帶的拆開，用F控制其裝配；用T鍵控制密封水套、上箱體螺釘、凸輪軸、凸輪軸卡環、缸蓋的拆開，用G鍵控制其裝配；用Y鍵控制機油泵、機油濾清器、油標尺、油管、油底殼的拆開，用H鍵控制其裝配；用U鍵控制活塞連桿的拆開，用J鍵控制其裝配；用I鍵控制飛輪螺絲、飛輪、機油封支架總成、曲柄軸齒輪、曲柄軸鍵的拆開，用K鍵控制其裝配；用P鍵控制曲柄軸卡套、曲柄軸成套、曲柄軸的拆開，用L鍵控制其裝配；用Z鍵控制汽缸套的拆開，X鍵控制其裝配。

2.3.2 通過GUI實現拆裝

為實現GUI控制模式，需要制作按鈕和下拉菜單。系統中設置了兩個按鈕，分別實現拆開和裝配功能。下拉菜單中的選項是根據發動機的幾大部分來設置的，通過[GUIContainer]、[ComboBox]和兩個[GUI]Channel元件來實現。圖3展現出了GUI程序部分，圖4為最終拆裝效果圖。

圖3 GUI控制拆裝程序

圖4 拆裝效果圖

2.3.3 拆裝檔案發布

Quest3D提供了5種輸出格式，要注意輸出的路徑應該是英文路徑，Quest3D無法識別中文路徑。

3 結論

解決了Quest3D軟件與CAD系統模型的轉換問題，通過在Quest3D中建立虛擬拆裝場景，對發動機模型進行貼圖，添加燈光、相機、模型自發光等處理，然后進行拆裝程序的開發，利用外設實現了發動機整機的拆裝過程，更直觀的發現發動機在拆裝過程中存在的問題，取得了一定的沉浸感。

［1］鄭軼,寧汝新,劉檢華，等.虛擬裝配關鍵技術及其發展[J].系統仿真學報,2006,18(3)：649-654.

［2］Javaram S,connacher H,Lyons K.Virtualassembly using virtualreality techniques[J].Computer-Aided Design,1997,29(8)：575-584.

［3］路朝龍.Quest3D 從入門到精通[M].北京：中國鐵道出版社，2012：1-30.

［4］黃俊銘,艾伯特電通.Quest 3D黑皮書——從入門到精通[M].臺北：上奇資訊,2010：16-99.

［5］李磊磊.基于Quest3D虛擬裝配技術的研究[D].蘭州：蘭州理工大學,2011.

［6］楊艷紅,鐘相強,陳洋，等.基于Quest3D工業產品虛擬裝配研究[J].機械設計，2013（09）：97-100.