基于Unity3D的箱式電阻爐設計與開發

陳庚 方琴 苗景國 王茂宇 劉靜 趙錦秀

摘 ? 要：文章以真實的箱式電阻爐為原型，采用3D max軟件建立模型，以Unity 3D軟件為開發引擎，開發了一套基于Unity 3D的箱式電阻爐虛擬仿真系統，為熱處理專業學生提供了“現場實作”機會，同時有效地提高了教學效果。

關鍵詞：虛擬仿真;箱式電阻爐;設計與開發

虛擬仿真或虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術在經歷了“全傳感仿真器的發明—第一個計算機圖形驅動的頭盔顯示器HMD及頭部位置跟蹤系統—VIDEOPLACE與VIEW虛擬現實系統—研究型階段向應用型階段成功轉變”4個階段的發展后，已成熟地運用于各行各業。研究發現，將VR技術引進課堂教學當中，不但能有效地改善教師的教學效果、激發學生的學習興趣，還能夠使學生更透徹地掌握專業知識，提升職業技能[1-2]。

箱式電阻爐作為熱處理專業最常用的一種常規熱處理爐，其設備較龐大、操作較復雜，并且具有一定的危險系數。為了使學生更簡單、清晰地掌握該設備的工作原理和操作規程，教研室相關任課教師采用專業建模軟件3D max對箱式電阻爐進行了建模，并利用Unity 3D軟件開發了箱式電阻爐動態仿真系統。實踐證明，虛擬仿真技術能夠使教師的教學效果和學生的知識掌握獲得“雙豐收”。

1 ? ?三維模型的創建

對設備進行建模是第一個重要步驟。想要建立形象、逼真的虛擬設備，首先，要對設備各個零部件詳細拍照，采集各種數據。其次，對建好的模型進行著色渲染（燈光、材質、表面色彩光澤度、透明度、折射效果等），使之與真實設備、周圍環境盡可能一致。最后，將創建好的設備零部件進行整合[3]，導出文件后綴名為.FBX的文件，為后續虛擬仿真系統的設計做好準備。

2 ? ?虛擬仿真系統設計與發布

2.1 ?文件的導入

將三維模型導入Unity 3D軟件中，具體操作為將.FBX文件直接保存到Assets目錄下新建的一個文件夾當中，以方便管理查看，用于渲染的貼圖文件同樣保存在此目錄下。通過對場景進行初始化布置、調整，在結構樹Hierarchy目錄下可看到Project中各零部件的位置以及相機、光源、視角等參數屬性，如圖1所示。

2.2 ?虛擬仿真系統的設計

GAME界面是使用者編輯內容的窗口，也是軟件發布的界面，對其進行物體調整和參數設置。點擊“運行”調出開發界面，選擇“工程信息填寫窗口”中的“4.運動信息填寫窗口”（見圖2），對項目進行“信息初始化”并輸入設備名稱，完成任務創建。然后關閉“運行”，在_Sketch的子物體中找到Main Script，選中后在屬性板塊的“Task Name”進行任務名匹配。重新進入“運行”狀態，打開表格編輯器，使用相機的平移、旋轉與可視化運動以及高亮、透明、聲音、隱藏、畫中畫、引出線、觸發、面板等特殊指令對仿真設備進行動態指令編輯（見圖3）。

2.3 ?作品的發布

在作品正式發布前，將MainScript物體上Motion Manager腳本中的【Is Editor】參數去掉，修改logo標記并更改軟件名稱，具體操作為：選中“File”→選擇“Build Settings”，彈出發布界面→選擇“Player Settings”，彈出設置界面→進行設置。另外，找到other settings，optimization，API compatibility level，選擇“.NET 2.0”。最后，在發布界面中點擊“Build”完成發布，并生成“xx_Data”和“xx.exe”兩個文件和文件夾。另外，在完成發布的過程中，還要將電腦原目錄下的“DEBUG”文件夾復制到發布后生成的.DATA文件夾中替換“Releasefile”文件夾中的“DEBUG”，同時修改語音文件，并將原工程中Resourses目錄下的“_Sketch”和“Releasefile”兩個文件夾復制到發布的“xx_Data”的Resourses文件夾中。打開xx.exe文件，點擊“Play！”，進入設備虛擬仿真系統學習界面（見圖4）。

3 ? ?結語

一方面，本文對箱式熱處理爐進行VR虛擬仿真設計，讓學生“走進”現場“親手觸摸”設備，了解、積累更多的操作設備的“一線”經驗;另一方面，對教師而言，既豐富了自己的教學手段，也緩解了設備、場地、課時、學生參觀資源需求的沖突。在未來，相信有越來越多的教師不斷加入VR創作團隊，也將會有更多的新作品問世。對于相關專業的學生來說，這是一件值得高興的事，學習不再單調、枯燥、困難，反而會變得相對有趣、簡單。

[參考文獻]

[1]霍愛清，李少輝，李浩平.基于Unity 3D的鉆井工程三維動態仿真[J].西安石油大學學報（自然科學版），2018（6）：79-83.

[2]劉一帆，周育才.基于Unity3D的火電廠前置泵拆裝仿真系統設計[J].湖南城市學院學報（自然科學版），2019（4）：57-60.

[3]張超峰，譚同德，趙新燦，等.基于雙手交互的虛擬裝配仿真技術研究[J].計算機工程與設計，2012（11）：4372-4376.

Abstract：A virtual simulation system of box-type resistance furnace based on Unity 3D is developed by taking the box-type resistance furnace as the prototype and modeling with 3D max software. It provides the students of heat treatment specialty with the opportunity of “on-site operation” and effectively improves the teaching effect.?

Key words：virtual reality; box-type resistance furnace; design and development