基于KeyShot5.0對機(jī)床建模后的虛擬場景實現(xiàn)及教學(xué)實踐應(yīng)用

費姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

基于KeyShot5.0對機(jī)床建模后的虛擬場景實現(xiàn)及教學(xué)實踐應(yīng)用

費姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

KeyShot是一個互動性的光線追蹤與全域光渲染程序，可產(chǎn)生相片般真實的3D渲染影像。文章簡單闡述了利用KeyShot5.0對完成建模的CA6140臥式機(jī)床的渲染過程，并展示了在虛擬軟件環(huán)境下的相關(guān)功能的實現(xiàn)，并舉例演示在教學(xué)實踐中的應(yīng)用。

KeyShot；渲染；虛擬；實踐

0 引言

KeyShot意為“The Key to Amazing Shots”，是一個基于LuxRen-der內(nèi)核的實時光線跟蹤和全局照明程序。它通過對材質(zhì)-環(huán)境-光照-貼圖的模塊化設(shè)定，操作者即可看到渲染后的效果。KeyShot可以直接打開三維模型,能很好的支持多種3D軟件格式且兼容性強(qiáng)。KeyShot自帶豐富材質(zhì)樣式近200種類型。另外Keyshot也是有名的急速工業(yè)渲染器，在渲染光滑反光材質(zhì)時軟件進(jìn)行即時著色，運(yùn)算迅速，渲染效果突出。

1 模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

1.1 模型導(dǎo)入

KeyShot5不能直接創(chuàng)建三維零件，需要先使用Solidworks三維軟件創(chuàng)建一個實體格式的圖檔。因此，之前先利用Solidworks對CA6140型臥式車床的所有零部件完成建模，并都保存為Step通用格式，以便導(dǎo)入。在執(zhí)行文件導(dǎo)入過程中，在格式中選擇所有格式，導(dǎo)入轉(zhuǎn)換的圖檔，導(dǎo)入的模型路徑和模型文件名必須為全英文，如圖1所示。

圖1 文件導(dǎo)入圖

1.2 材質(zhì)設(shè)置及模型渲染

Keyshot5中提供了材質(zhì)庫，也可以進(jìn)行許多的網(wǎng)絡(luò)材質(zhì)和環(huán)境的下載。文件導(dǎo)入之后，便可打開資源庫。Keyshot5軟件可以在項目中進(jìn)行實時渲染及最終渲染。也可以通過設(shè)置渲染的質(zhì)量及分辨率，圖片大小，文件格式等各方面參數(shù)，影響最終的渲染效果。在設(shè)置好渲染輸入路徑、材質(zhì)、環(huán)境后，按ctrl+p對模型進(jìn)行渲染，完成機(jī)床的渲工作。為了讓學(xué)習(xí)人員有置身車間的真實感，在制作時還可以利用Keyshot5添加背景渲染。選好場景及材質(zhì)后，最后保存成bip源文件，方便后續(xù)文件的渲染及動畫制作。

2 機(jī)床透明外觀結(jié)構(gòu)展示

在Keyshot5軟件環(huán)境下，通過三維虛擬仿真，使機(jī)床的內(nèi)外部被更直觀的展現(xiàn)在學(xué)習(xí)人員的面前，以便更快速、準(zhǔn)確的了解機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 機(jī)床整體透明渲染圖

3 結(jié)構(gòu)分析

同樣在Keyshot5軟件環(huán)境下，還能立體全景透視機(jī)床結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)人員可以通過模擬演示，直觀了解機(jī)床內(nèi)部運(yùn)動傳遞。以機(jī)床主軸箱為例，如圖3所示。

圖3 主軸箱透明渲染圖

4 部件拆裝

學(xué)習(xí)人員根據(jù)三維仿真，在Keyshot5軟件環(huán)境下可以對機(jī)床各部件進(jìn)行拆裝，熟悉各部件的運(yùn)動關(guān)系和先后裝配順序。如圖4所示為主軸部件的拆裝圖。

圖4 主軸部件拆裝圖

5 運(yùn)動演示

根據(jù)機(jī)床的實際功能，進(jìn)行正確運(yùn)動的視頻演示。視頻制作首先調(diào)出動畫向?qū)Вx擇動畫類型，最終保存成avi格式，完成的視頻截圖如5所示。

圖5 虛擬仿真視頻

6 教學(xué)實踐

機(jī)床尾座拆裝練習(xí)（圖6）。

具體拆卸順序：a拆下螺絲，再拆手柄；b拆下手輪及連接著的螺桿；c拆除頂尖，拆下套筒。需要注意的是鍵、銷、墊片、彈簧等小部件也拆下來。拆卸完成后再完成安裝工作并確定是否可以再次使用。

在進(jìn)行上述教學(xué)的過程中，事先將學(xué)生分成A、B兩組，A組學(xué)生借助虛擬仿真平臺完成學(xué)習(xí)，根據(jù)平臺提供的在線練習(xí)，及時反饋學(xué)生對理論知識的掌握情況。在虛擬拆裝環(huán)境中，學(xué)生自主選擇平臺提供的機(jī)床、工具、材料等模型，只有操作正確才能完成模擬拆裝。教學(xué)過程中只需一位教師，通過電腦同步觀測學(xué)生的練習(xí)情況，及時指導(dǎo)以便安排學(xué)生去實訓(xùn)車間實際拆裝。B組的學(xué)生則按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)。

圖6 機(jī)床尾座結(jié)構(gòu)

結(jié)合A組和B組同學(xué)的具體實踐，結(jié)果顯示：A班學(xué)生通過理論測試正確率達(dá)到95%以上，而B班則只有80%左右；A組學(xué)生的拆裝熟練度遠(yuǎn)高于B組，且出錯率更低；隨機(jī)訪談中A組同學(xué)普遍反映借助虛擬實訓(xùn)平臺講授更直觀、更能吸引注意力，拆裝練習(xí)時間更充分，掌握效果更好。實訓(xùn)教師則反映借助虛擬平臺，大大減輕了實訓(xùn)壓力，避免了設(shè)備不足的問題，也更及時的了解學(xué)生掌握情況。最終說明采用虛擬仿真教學(xué)平臺輔助普通機(jī)床拆裝實訓(xùn)，能顯著提升教學(xué)效果。

7 結(jié)語

本文基于KeyShot5.0的虛擬場景實現(xiàn)，對三維機(jī)床模型進(jìn)行了材質(zhì)渲染和場景引入，實現(xiàn)了全方位模型虛擬展示、虛擬拆裝。同時以機(jī)床尾座拆裝實訓(xùn)為例，進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的比較，結(jié)果突顯了用虛擬仿真平臺進(jìn)行課程教學(xué)的優(yōu)勢，師生反響較好，也為后續(xù)開展更大范圍的實踐打下基礎(chǔ)。

[1]郝駿剛，趙娜.Keyshot在機(jī)械設(shè)計軟件中的應(yīng)用[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2013(11).

[2]楊光生，虛擬仿真技術(shù)在技工院校數(shù)控加工專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科教文匯，2012.07(62).

[3]張璐.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的用戶界面設(shè)計與研究[D]．東華大學(xué)，2013.

[4]王濤.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高中信息技術(shù)課堂的滲透與融合[J]．現(xiàn)代閱讀（教育版)，2013,10.

[5]李芳.虛擬數(shù)控機(jī)床及開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014,34.

[6]郭濤，徐軼群．船舶管系建模與虛擬裝配應(yīng)用研究[J]．機(jī)械工程技術(shù)，2015,11.

[7]蔡長亮，唐術(shù)鋒，安志亮等．基于Pro/E的可移動式金屬切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]．機(jī)械工程與自動化，2015,05.

TG659

A

1671-0711（2016）11（下）-0041-02