基于AR的機(jī)械設(shè)備拆裝指導(dǎo)系統(tǒng)

李廣磊 劉偉 張順心

摘 要： 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，利用3DsMAX、QCAR、Unity3D等工具，開發(fā)出應(yīng)用于Android智能終端的機(jī)械設(shè)備拆裝系統(tǒng)。文中詳細(xì)描述了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及開發(fā)流程，給出了系統(tǒng)中虛擬模型的優(yōu)化方法，介紹了系統(tǒng)在設(shè)備拆裝中實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械設(shè)備;增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);拆裝指導(dǎo);Unity3D

伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。由于這些設(shè)備的多層次性以及多單元性，使得機(jī)械設(shè)備拆裝變得復(fù)雜。所以，復(fù)雜機(jī)械設(shè)備的拆裝工作是當(dāng)今社會比較熱點(diǎn)的問題。近些年，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)出現(xiàn)在大眾的視野，所謂增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是將計(jì)算機(jī)制作的虛擬對象，與現(xiàn)實(shí)世界場景疊加在同一個畫面與空間內(nèi)，用戶可實(shí)時地進(jìn)行交互來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)。

隨著智能終端設(shè)備性能的不斷完善，Android終端已經(jīng)成為每個人生活中必備的東西。在機(jī)械設(shè)備拆裝領(lǐng)域，本文基于Android終端開發(fā)出一款基于AR的機(jī)械設(shè)備拆裝指導(dǎo)系統(tǒng)。將虛擬的模型套在現(xiàn)實(shí)的機(jī)械設(shè)備上，讓技術(shù)人員沉浸進(jìn)行深入的交互，并逼真的展示機(jī)械設(shè)備的三維模型及其零部件安裝原理，更好的提高技術(shù)人員拆裝維護(hù)能力。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在機(jī)械設(shè)備拆裝領(lǐng)域，設(shè)計(jì)開發(fā)一款基于AR機(jī)械設(shè)備拆裝指導(dǎo)系統(tǒng)，目的是為了當(dāng)現(xiàn)場技術(shù)人員因缺乏經(jīng)驗(yàn)而無法處理一些設(shè)備拆裝問題時，指導(dǎo)技術(shù)人員正確高效的進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的拆裝工作，還有對復(fù)雜機(jī)械設(shè)備及其工作原理的理解，系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)開發(fā)流程

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)常用的工具包主要有Metaio、Vuforia和Opencv等。本文選用的是高通旗下開發(fā)的Vuforia SDK工具包。選取好工具包之后，需要在Vuforia官網(wǎng)創(chuàng)建標(biāo)識物圖像的云端數(shù)據(jù)庫，然后以Unity3D作為開發(fā)平臺，配置JDK（Java Development Kit）和Android SDK（Software Development Tools開發(fā)環(huán)境，導(dǎo)入Vuforia SDK插件，將虛擬模型以及標(biāo)識物導(dǎo)入到Unity3D里面進(jìn)行集成開發(fā)，用C#、Javascript腳本進(jìn)行封裝，在Android智能終端運(yùn)行。系統(tǒng)詳細(xì)開發(fā)流程如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)備拆裝領(lǐng)域中的應(yīng)用

技術(shù)人員用Android設(shè)備掃描機(jī)械設(shè)備上的標(biāo)識物圖像，便會呈現(xiàn)出相應(yīng)的三維模型，觸控屏幕可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型的放大、縮小與旋轉(zhuǎn)，就好像技術(shù)人員手中擁有一個真正的機(jī)械設(shè)備，如圖3所示。點(diǎn)擊屏幕設(shè)備會自動拆解，就可以自行觀察設(shè)備每一個零部件，以及設(shè)備的拆裝順序，如圖4所示，讓技術(shù)人員充分的思考和理解機(jī)械設(shè)備，更好的進(jìn)行機(jī)械設(shè)備拆裝，解決了技術(shù)人員因缺乏經(jīng)驗(yàn)而無法進(jìn)行設(shè)備的拆裝。

3 結(jié)論

本文結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款基于AR的機(jī)械設(shè)備拆裝指導(dǎo)系統(tǒng)。為技術(shù)人員提供了現(xiàn)場實(shí)物操作與虛擬信息引導(dǎo)同步結(jié)合的操作環(huán)境。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將計(jì)算機(jī)合成的設(shè)備拆裝演示等各種虛擬信息直觀地、形象地以及實(shí)時地疊加到技術(shù)人員的視野里，指導(dǎo)非熟練技術(shù)人員對復(fù)雜機(jī)械設(shè)備進(jìn)行正確的拆裝，降低了設(shè)備拆裝難度，提高了設(shè)備拆裝效率及質(zhì)量。因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對設(shè)備拆裝指導(dǎo)具有重要的工程意義。