探究液壓傳動虛擬實驗室的構(gòu)建與應(yīng)用鄭廣軍

段亞麗　周云成　劉海波　趙明欣

摘要 利用建模技術(shù)將典型液壓元件和油路用計算機進(jìn)行可視化設(shè)計，使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和工作原理以非常形象直觀的形式展現(xiàn)出來，更便于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握。通過創(chuàng)建接近于工程實際的虛擬技術(shù)來滿足當(dāng)前創(chuàng)新型實踐教學(xué)和能力培養(yǎng)的要求，是對新型教學(xué)模式的改革和探索。建立液壓傳動虛擬實驗室是對傳統(tǒng)實驗室的一個必要和有益補充。本文通過介紹液壓傳動虛擬實驗室的建設(shè)過程，探討虛擬實驗室構(gòu)建主要環(huán)節(jié)和實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 建模技術(shù)；液壓元件；虛擬實驗室

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號2095—6363（2016）04—0039—02

液壓傳動虛擬實驗室的構(gòu)建與開發(fā)是教育信息化在教學(xué)中的探索和嘗試。通過本項目的研究實現(xiàn)學(xué)生在教室中有效完成實踐教學(xué)內(nèi)容。液壓傳動技術(shù)這門課程知識體系邏輯性強，對實踐技能要求高，但液壓元件由于是承壓器件，不便于了解其內(nèi)部構(gòu)造。為了達(dá)到理論與實踐教學(xué)相結(jié)合，又不受拆裝和實驗條件的限制，而進(jìn)行液壓傳動虛擬實驗室的構(gòu)建，將為教學(xué)方式改革提供一種可行模式和途徑。

液壓傳動課程知識鏈條可以簡單地描述為元件構(gòu)成回路，回路構(gòu)成系統(tǒng)，而液壓元件又包括動力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件幾大部分。可見，要想更好的學(xué)習(xí)回路和系統(tǒng)，首先就應(yīng)對各類液壓元件的結(jié)構(gòu)組成和工作原理有一個清楚的認(rèn)識。因此在液壓傳動虛擬實驗室中液壓元件的工作原理和液壓元件的結(jié)構(gòu)組成形成虛擬部分的主體。為了滿足不同學(xué)生的不同實驗要求在虛擬實驗室中學(xué)生可以進(jìn)入虛擬空間自主選擇實驗內(nèi)容，并可通過習(xí)題檢測對實驗內(nèi)容的掌握情況，還可以通過語音掌握液壓元件的工作原理，總之，該實驗室的創(chuàng)建使學(xué)生可以在虛擬空間中自主完成相關(guān)實訓(xùn)內(nèi)容，展示圖樣如圖1所示。

虛擬實驗室作為一種新的教學(xué)嘗試，將會不斷地豐富教學(xué)資源，不斷完善和改進(jìn)教學(xué)方式方法，為學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)將起到積極的促進(jìn)作用。本項目的具體制作內(nèi)容包括以下幾個方面。

1構(gòu)建虛擬實驗室

該虛擬實驗室使用3Dmax軟件完成簡單建模（3面實體墻加一面全玻璃效果的窗戶，屋頂和地面），然后進(jìn)行貼圖，制作出地面、講臺的瓷磚貼圖以及墻上黑板、門的仿真效果，為保證室內(nèi)的真實光線效果，在虛擬教室外做了一個天空盒，天空盒貼藍(lán)天白云貼圖。建模后整體導(dǎo)入到Unity3D軟件中添加光源。教室內(nèi)虛擬場景包括講臺、黑板、課桌、元件展示柜、拆裝工具。

2構(gòu)建虛擬人物

在虛擬教室中放置了一個Unity3D白帶角色人物，實現(xiàn)了角色行走、站立效果，為了強化人物效果，在制作過程中結(jié)合Poser軟件和DAZ studio軟件來制作特色人物，并建立人體模特服裝匹配和人物行走、取放零件的骨骼動畫等。

3虛擬元件

制作SW格式元件，并將SW軟件轉(zhuǎn)Unity3D。如三位四通手動換向閥的仿真設(shè)計過程。

3.1零件的建模

閥體的制作，換向閥在建模時，按照先閥體，后零件的順序繪制，如圖2所示。

閥芯的制作，測量好閥芯各部位尺寸后，通過旋轉(zhuǎn)增料方式，生成閥芯，如圖3所示。

兩端蓋的制作，如圖4所示。其他零件的制作過程以相同方式進(jìn)行。

3.2零件裝配及制作爆炸圖，如圖5所示。

3.3動畫設(shè)計

通過運動功能，對閥體進(jìn)行爆炸設(shè)計及時間、透明度的設(shè)置。

4目標(biāo)控制

目標(biāo)控制使用c#語言編寫代碼，完成的代碼主要有零件基本控制功能（旋轉(zhuǎn)、縮放等）模塊、零件自由拆卸模塊、零件順序拆卸功能模塊、拆裝時零件裝配關(guān)系預(yù)設(shè)功能等模塊。以上程序組合使用之后可以實現(xiàn)液壓元件選擇、縮放、使用鼠標(biāo)自由拆裝和嚴(yán)格按裝配關(guān)系拆裝功能。

5液壓傳動虛擬實驗室開發(fā)的特色

液壓傳動虛擬實驗室的構(gòu)建可以為我院其他專業(yè)類似的教學(xué)改革提供相應(yīng)的技術(shù)支持，同時縮短了虛擬實驗室建設(shè)周期。

在SW軟件環(huán)境下利用建立虛擬實驗環(huán)節(jié)，使用3Dmax軟件完成，結(jié)合Poser軟件和DAZ studio軟件來制作特色人物使虛擬實驗環(huán)境更加逼真和便于操作，網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗室，使虛擬實驗在時間和空間上得到有效延伸。

6結(jié)論

液壓傳動虛擬實驗室開發(fā)平臺的建立，可以提實驗效率，降低教學(xué)試驗成本，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的實驗教學(xué)方式，使傳統(tǒng)的實驗以及教學(xué)方式在時間和空間上得到擴(kuò)展。