Unity3D在虛擬機(jī)械拆裝中的應(yīng)用★

羅資琴

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060）

Unity3D在虛擬機(jī)械拆裝中的應(yīng)用★

羅資琴

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060）

從虛擬現(xiàn)實(shí)與拆裝技術(shù)的結(jié)合、虛擬拆裝與移動通訊、虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)流程及Unity3D虛擬機(jī)械拆裝項(xiàng)目開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)等方面入手，介紹了Unity3D在虛擬機(jī)械拆裝中的應(yīng)用。利用Unity3D進(jìn)行的虛擬機(jī)械拆裝演示直觀，使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來較為輕松，必將成為日后虛擬機(jī)械拆裝學(xué)習(xí)的主流方式。

Unity3D 虛擬 機(jī)械拆裝 3D技術(shù)

隨著時代的發(fā)展和社會的進(jìn)步，當(dāng)今的3D技術(shù)正在從原本只有對計(jì)算機(jī)三維圖形學(xué)有較深入研究的高端人群所壟斷的技術(shù)演變成普通群眾都能接受和使用的平民技術(shù)。[1]然而在這一次巨大的變革中，Unity3D作為舉足輕重的3D引擎，從眾多技術(shù)中脫穎而出，成為了這次變革中的佼佼者。所謂U-nity3D就是一款可以輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。[2]根據(jù)Unity官方在2014年的報告來看，Unity全球用戶已經(jīng)超過330萬人，每個月的活躍用戶數(shù)高達(dá)60萬。全世界有6億的游戲玩家在玩使用Unity引擎制作的游戲，目前用Unity創(chuàng)造的應(yīng)用和游戲的體驗(yàn)量累計(jì)達(dá)到了87億次。[3]

已往，國內(nèi)對各種機(jī)械設(shè)備拆裝過程的講解大多數(shù)都是以圖片或?qū)嵨镏v解為主，這樣的講解形式嚴(yán)重阻礙了學(xué)習(xí)者對機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，而且會影響學(xué)生對機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深刻理解，更會對一些高危機(jī)械操作任務(wù)帶來巨大的安全隱患。[4]所以利用Unity3D進(jìn)行的虛擬機(jī)械拆裝演示直觀，使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來輕松，將成為虛擬機(jī)械拆裝學(xué)習(xí)的主流方式。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其發(fā)展

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種實(shí)時動態(tài)的三維立體逼真圖像模擬環(huán)境。在該模擬環(huán)境中除計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，因此該系統(tǒng)是一種多源信息融合交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為仿真系統(tǒng)，使用戶沉浸到該環(huán)境中。[5]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。

根據(jù)長時間以來對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以被解釋為：將現(xiàn)實(shí)中的實(shí)體東西以計(jì)算機(jī)三維技術(shù)的方式模擬出來，以滿足實(shí)物在數(shù)字平臺上的直觀可視化，是為滿足模擬事件數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等一系列的需求而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)與通信行業(yè)中的新興技術(shù)。[6]如下頁圖1所示的是一個通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到的機(jī)械拆裝過程。如今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為一種行業(yè)或產(chǎn)業(yè)被很多專業(yè)人士或公司所關(guān)注，被運(yùn)用到了游戲娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、Web3D、道路橋梁、人文地理、教育教學(xué)、演播室、水文地質(zhì)、設(shè)備維修、船舶制造、培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)、軌道交通、能源領(lǐng)域、生物力學(xué)、康復(fù)訓(xùn)練、數(shù)字地球、虛擬現(xiàn)實(shí)等各行各業(yè)。[7]

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)興起于20世紀(jì)末，是一款新型綜合信息技術(shù)。其發(fā)展過程大概分為四個階段：1963年之前為第一階段，這個階段的有聲形體動態(tài)模擬已經(jīng)蘊(yùn)涵或開始蘊(yùn)含了虛擬現(xiàn)實(shí)思想；第二階段是1963—1972年，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的萌芽期；第三階段是1973—1989年，該階段是虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段；第四階段是從1990—2004年，該階段為虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步完善和應(yīng)用的階段。[8]該時期的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到成熟階段，在虛擬現(xiàn)實(shí)的理論、算法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)等各方面都存在許多問題和待開發(fā)的領(lǐng)域。雖然，目前已成功地開發(fā)出一些虛擬現(xiàn)實(shí)的典型應(yīng)用項(xiàng)目，但與其他高新技術(shù)的應(yīng)用相比尚處于應(yīng)用開發(fā)的初始階段。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到的機(jī)械拆裝過程

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與拆裝技術(shù)的結(jié)合

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，我國領(lǐng)導(dǎo)人高瞻遠(yuǎn)矚地發(fā)出了“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的號召，而創(chuàng)新的核心實(shí)質(zhì)就在于跨行業(yè)，所以后面的“互聯(lián)網(wǎng)+”就理所當(dāng)然地成為跨行業(yè)中的理想接口。[9]然而對于一般性的信息行業(yè)來說，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”是一件很容易過渡的事情，但對于實(shí)體行業(yè)特別是與機(jī)械拆裝有關(guān)的行業(yè)，怎么才能實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”這一宏偉的目標(biāo)呢？從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中找到了最佳的答案，它給我們提供了一個很好的切入口，也必將給目前創(chuàng)新疲軟的機(jī)械拆裝行業(yè)帶來一個新的發(fā)展契機(jī)。

3 虛擬拆裝與移動通訊

3.1 我國2015年通訊行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

工信部數(shù)據(jù)顯示：2015年，我國移動電話用戶普及率達(dá)95.5部/百人，其中有9個省市自治區(qū)的移動電話普及率突破100部/百人，北京市高達(dá)188部/百人。而另外一方面數(shù)據(jù)顯示：2013年，我國智能手機(jī)出貨量為4.2億部，同比增長64.1%，市場占有率達(dá)到73.1%，其中Android手機(jī)出貨量為3.98億部，占同期智能手機(jī)出貨量的94.0%；而2014年我國智能手機(jī)出貨量為4.5億部。

上述移動行業(yè)的信息數(shù)據(jù)充分顯示，移動行業(yè)的大力發(fā)展使得移動電話就像人們穿衣吃飯一樣不可或缺，而移動行業(yè)目前的發(fā)展現(xiàn)狀為實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)械拆裝奠定了非常堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。[10]因此，如果能在移動行業(yè)中有所突破，將移動行業(yè)的優(yōu)點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)械拆裝緊密結(jié)合，必定會帶來無可估量的收益與發(fā)展前景。

3.2 Unity3D的跨平臺性

Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的一個讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化和實(shí)時的三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。[11]其編輯器運(yùn)行在Windows和Mac OSX下，可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone8和Android平臺，也可以利用Unity webplayer插件發(fā)布網(wǎng)頁游戲，支持Mac和Windows的網(wǎng)頁瀏覽，它的網(wǎng)頁播放器也被Macwidgets所支持。

上述平臺基本上囊括了當(dāng)今人們最常訪問的通訊媒介，其開發(fā)的產(chǎn)品具有一次開發(fā)處處編譯的廣泛適用性，是“互聯(lián)網(wǎng)+”時代開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)最為理想的工具，也為虛擬拆裝奠定了非常重要的軟件基礎(chǔ)。

綜上所述，可以斷定，以智能手機(jī)、iPad、iPhone等移動通訊設(shè)備為載體，以Unity3D為工具媒介，將成為開發(fā)虛擬拆裝系統(tǒng)最為理想的選擇。[12]

4 虛擬拆裝系統(tǒng)開發(fā)流程及項(xiàng)目開發(fā)重點(diǎn)難點(diǎn)

4.1 虛擬拆裝系統(tǒng)開發(fā)流程

第一步：采集相關(guān)拆裝物的有效信息，如果涉及的物件系統(tǒng)相對來說比較復(fù)雜，可以制作信息采集卡，分部分、分階段地進(jìn)行采集。

第二步：核對采集信息，并與相關(guān)聯(lián)系人進(jìn)行及時的反饋與溝通。牽涉到所屬部門不能解決的問題，需要爭取跨部門領(lǐng)導(dǎo)之間的協(xié)作與溝通，及時將實(shí)踐問題與技術(shù)部門核實(shí)清楚。

第三步：對于核查的信息進(jìn)行反復(fù)分析，找到實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑與實(shí)現(xiàn)方法。對于不能實(shí)現(xiàn)的部分，試著找到折中的辦法去解決；對于確實(shí)不能解決的，及時與上層領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)溝通；對于牽涉跨部門的，盡量尋求領(lǐng)導(dǎo)的支持。

第四步：是技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)的一步，也是將實(shí)踐結(jié)果與實(shí)物數(shù)據(jù)提供給相關(guān)部門進(jìn)行核對并進(jìn)行修整的一步。

4.2 虛擬拆裝系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)重點(diǎn)難點(diǎn)

虛擬拆裝是一種以演示為主、概念引導(dǎo)為輔的實(shí)踐技術(shù)。虛擬機(jī)械拆裝項(xiàng)目發(fā)展重點(diǎn)難點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下兩方面：一是對于產(chǎn)品的關(guān)鍵部件外形和作用的演示尤為重要，因此一般不需要太華麗的圖像顯示；二是在整個演示的過程中，要盡量考慮部件外形展示的精準(zhǔn)性以及功能動作演示的到位性，使得觀看者一眼就能理解其作用和實(shí)際意義（如圖2所示）。

圖2 某虛擬機(jī)械拆裝演示圖

5 結(jié)論

Unity3D是一款可以輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化和實(shí)時的三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺綜合型游戲的開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。[13]以往的機(jī)械拆裝講解大多數(shù)都是以圖片或?qū)嵨镏v解為主，這樣的講解形式不但不利于學(xué)習(xí)者對機(jī)械原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，而且會給一些高危機(jī)械操作帶來巨大的安全隱患，而利用Unity3D進(jìn)行的虛擬機(jī)械拆裝演示直觀，使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來輕松，將會成為日后虛擬機(jī)械拆裝學(xué)習(xí)的主流方式。

[1]李驥.展示設(shè)計(jì)在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].科技展望，2016（23）：12.

[2]汪成為.人類認(rèn)識世界的好幫手虛擬現(xiàn)實(shí)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[3]劉耀林，孔建益，蔣國璋.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，20（3）：186-189.

[4]姜澍.移動終端大數(shù)據(jù)[J].中國統(tǒng)計(jì)，2015（8）：14-15.

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（編輯：胡玉香）

Application of Unity3D in Virtual Mechanical Disassembly and Assembly

LUO Ziqin
（Department of Petrochemical Engineering,Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology,Lanzhou Gansu 730060）

From the combination of virtual reality and assembly and disassembly technology,virtual disassembly and assembly and mobile communication,the development process of virtual disassembly and assembly and key and difficult points of Unity3D mechanical disassembly and assembly project,this paper introduces the application of Unity3D in virtual mechanical disassembly and assembly.The Unity3D virtual mechanical disassembly and assembly not only is a most intuitive demonstration,and a most easy way to learn for learners,but also will become mainstream way of learning for future virtual mechanical disassembly and assembly demonstration.

Unity3D,virtual,machine disassembly,3D technology

TP391

A

1672-1152（2016）06-0074-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.27

2016-11-07

甘肅省2012年科技支撐計(jì)劃-工業(yè)類——石油化工企業(yè)三維應(yīng)急演練系統(tǒng)（1204GKCA004）

羅資琴（1966—），女，副教授，天津大學(xué)化學(xué)工程碩士，研究方向?yàn)槭突ぁ?/p>