基于VR/AR的初教六飛機起落架模型的設計制作

張雪峰 施浩 朱正

摘要：本課題提出了一種基于VR技術的起落架虛擬模型收放程序。首先對起落架進行數(shù)據(jù)測量，然后進行誤差分析，再利用精密測量工具對起落架的主要數(shù)據(jù)進行測量，將重要數(shù)據(jù)進行細化處理后進行模型的創(chuàng)建。之后運用UNITY 3D軟件技術導入模型，并通過代碼編譯對其進行程序編寫，以此達到控制模型的目的。

關鍵詞：虛擬建模;VR技術;UNITY 3D;代碼編程;初教6起落架

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）03-0264-02

1 引言

起落架是飛機上必不可少的一部分，在飛機的起飛與降落過程中起著保障安全的決定性作用。

目前國內(nèi)外主要以創(chuàng)建整體VR飛機模型為主，而對于創(chuàng)建單體VR起落架模型這方面涉及較少，VR是虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）的簡稱。VR技術，也稱人工環(huán)境，是指利用電腦或其他智能計算設備模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同完全浸入，產(chǎn)生身臨其境的感覺[1]。VR技術最為成功的應用領域之一為教育行業(yè)，如VR虛擬課堂實操教學系統(tǒng)，虛擬火災逃生系統(tǒng)[2]等。在人體結構的掌握以及外科手術的訓練方面， 虛擬現(xiàn)實技術 （VR） 也可以發(fā)揮其獨特的功效。除了醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)外， 虛擬現(xiàn)實技術 （VR） 在軍事領域中也受到了高度矚目， 并逐漸將其應用于虛擬軍事訓練、設備模擬操作、飛機設備模擬維修等方面[3]。本文將VR虛擬技術與起落架模型相結合使其可以進行模擬起落架收放運動，并可進行一系列對起落架的操作從而達到虛擬教學的目的。

2 關鍵技術及實現(xiàn)方法

2.1 三維建模

飛機起落架作為飛機上及其重要的一部分起到了減速、承重以及轉彎等重要作用。暴露在外的起落架會嚴重影響飛機的氣動性能，阻礙了飛行速度的提高。因此飛機起落架在起飛后就會收回近機體，這[4]就要求起落架的收放系統(tǒng)具有精密的結構。初教六飛機起落架為三點式，前輪有減震器，整體通過液壓系統(tǒng)操縱進行收放。為了保證飛機起落架模型的真實性，對起落架模型進行構建。對起落架的測量必不可免的會出現(xiàn)由于儀器結構上不夠完善而造成的系統(tǒng)誤差以及人為因素造成的偶然誤差。為了解決起落架各部分裝配過程中出現(xiàn)的誤差問題，本文利用誤差分析理論以及最常用的最小二乘法定位算法進行理論分析，給出定位誤差范圍;并利用誤差分析對裝配位置進行優(yōu)化，能夠提高定位精度。

2.2模型的渲染驅(qū)動

對已建好的三維模型，在虛擬場景中需要對其進行實時渲染，包括表面顏色、陰影和動態(tài)光照等，這就是模型的渲染驅(qū)動。模型的渲染驅(qū)動包括：場景模型驅(qū)動、模型調(diào)取和處理、分布? 交互等，其目的是實現(xiàn)虛擬場景的實時渲染構建，完成操作者與虛擬環(huán)境之間的實時交互操作響應。本系統(tǒng)采用3DMAX進行三維模型的創(chuàng)建，通過對初教六飛機起落架進行測繪，得到具體真實的數(shù)據(jù)，然后進行模型的創(chuàng)建，通過布爾、倒圓角等操作對模型進行細致加工，突出零件關鍵部位，添加材質(zhì)使模型更接近于真實起落架。利用V-Ray軟件和3DMAX軟件多模型進行渲染，并且為了構造出具有較強真實感的虛擬作業(yè)場景，本系統(tǒng)采用天空盒和燈光。

2.3操作界面的建立

系統(tǒng)的操作界面通過創(chuàng)建操作臺模型來實現(xiàn)。操作者通過手柄進行對操作臺的控制，按下按鈕，即可實現(xiàn)起落架的收放運動展示。

2.4實現(xiàn)模型與VR導入

通過unity3D軟件來實現(xiàn)將模型導入VR。更改文件格式為fbx，將模型拖拽到unity3D軟件當中，創(chuàng)建地面，布置燈光和天空盒，設置合適的攝像機來捕捉角度，進行跟蹤定位。

2.5 VR場景的建立

本系統(tǒng)利用3DMAX創(chuàng)建真實的三維模型，為了減少因面數(shù)多而造成的運行遲緩，采用Polygon Cruncher軟件來減少面數(shù)。利用unity3D軟件，進行模型的導入以及真實場景的建立。在unity3D引擎內(nèi)置的Standard Assets資源包的Prefabs項下，找到名為First Person Controller（第一人稱控制器）的預制對象，將其加入場景當中就可實現(xiàn)第一人稱的創(chuàng)建。為了不造成人物失重的現(xiàn)象，我們還要在場景中創(chuàng)建地面Terrain，創(chuàng)建Directional Light以完善第一人稱視覺效果。對于起落架的控制，本系統(tǒng)采用代碼編譯的方法進行，部分代碼如下：

3結論

在起落架不易拆裝，學員難以實現(xiàn)拆裝的條件下，提出初教六起落架模型的設計仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)通過3DMAX等專業(yè)的三維軟件創(chuàng)建各個實體模型，通過貼圖渲染和文件轉換實現(xiàn)模型的渲染驅(qū)動。通過unity3D軟件將三維模型導入到VR設備中并結合 Visual C++語言開發(fā)出友好的人機交互操作界面，最終實完成仿真系統(tǒng)的設計開發(fā)。通過仿真實驗，表明設計開發(fā)仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了初教六起落架收放操作的模擬仿真，并且具有便于學員操作學習，仿真度高，能耗低和安全可靠等特點。并且在日常的起落架拆裝過程中由于操作難度大，學員親自動手操作機會較少，通過本系統(tǒng)可以增加學員的動手機會，避免了在拆裝過程中發(fā)生危險，增強學員對起落架各部分零件的熟悉度。本系統(tǒng)還可應用于飛機維修的其他部分結構的模擬拆裝，以在飛機起落架的維修學習中具有推廣價值。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】