基于Unity 3D的新能源汽車拆裝虛擬仿真

秦彩寧

摘 要：本文將詳細介紹Unity 3D的主要構成，并展示了新能能源汽車內部發動機拆裝虛擬仿真的設計框架，并通過建立三維模型、設計界面按鈕、展現三維視景及實際拆裝設計來顯現出拆裝虛擬仿真的功能與實踐性，促進汽車行業整體發展。

關鍵詞：Unity 3D 新能源汽車 拆裝虛擬仿真

Virtual Simulation of Disassembly and Assembly of New Energy Vehicles based on Unity 3D

Qin Caining

Abstract：This article will introduce the main components of Unity 3D in detail and show the design framework of the virtual simulation of the internal engine disassembly and assembly of the new energy vehicle. Through the establishment of a three-dimensional model， design interface buttons， display of the three-dimensional scene and actual disassembly and assembly design， the function and practicality of virtual simulation of disassembly and assembly will be promoted， and in turn promote the overall development of the automotive industry.

Key words：Unity 3D， new energy vehicles， virtual simulation of disassembly and assembly

1 引言

在制造業與制造技術快速發展的帶動下，汽車行業的發展也邁向新軌道，新能源汽車的內部發動機在Unity 3D平臺虛擬仿真的影響下，展現出其內部構造與獨特功能，利用模擬開展拆裝工作不僅有助于提升工作效率，還能降低拆裝成本。

2 Unity 3D的主要構成

Unity 3D屬借助虛擬現實開發的一種多平臺、綜合型工具，其內部包含的內容有實時三維動畫、可視化建筑及三維視景仿真等，也代表了專業性、全面性的虛擬現實引擎。該引擎帶有諸多功能，比如，跨場景運用Prefab設備、專業編輯多區域地形、采用高效率路徑、性能極強的燈光照明與形態各異的專業引擎等。運用Unity 3D可借助物理引擎，其不但能給用戶帶來極大便利，還會將諸多現實場景用虛擬技術展現出來，該類場景的逼真性極強，其應用在虛擬仿真系統中更易開發出虛擬環境。

3 新能源汽車中拆裝虛擬仿真的設計框架

隨著汽車行業的逐漸發展，新能源汽車成為了該產業的主要代表，為了解其內部發動機的內部構造，其虛擬拆裝系統運用了Unity 3D技術，通過其與三維建模軟件的結合，看到了發動機的拆裝過程，借助其虛擬演示掌握其多項訓練功能。

具體來說，Unity 3D平臺中的虛擬拆裝系統包含元數據模型、數據庫、Unity 3D服務、應用層及表現層等。借用Unity 3D可處理多類三維模型，利用該平臺可成立三維仿真系統，其有著高視覺效果、高質量的特征。多類腳本語言都可使用在Unity 3D平臺上，其最為重要的腳本語言為C#。

針對數據庫與元數據模型，Unity 3D平臺中的設備可通過將文件集合的方式存儲關鍵性數據，并建立相應數據庫，在該平臺內數據庫可主要分成業務數據庫與場景數據庫。業務數據庫內的元數據多為發動機內部零件拆裝的實際順序;而場景數據庫內的元數據主要有各類聲音、材質與3D建模等。對于Unity 3D服務來說，其代表著系統內部的運行邏輯，主要囊括了動作觸發、聲音控制、相機控制與模型整體的縮小放大移動等。若想應用該界面中的多項功能，用戶只需在其對應的界面上按下按鈕即可。

在應用層中，其能清晰地顯示出系統中的業務邏輯，通過Unity 3D平臺可對發動機進行虛擬拆裝，在開展此項工作的過程中操作數據信息會顯示在表現層，而表現層內主要展現了模型特效、用戶聲音與用戶界面等。通過掌握Unity 3D平臺中虛擬仿真的設計框架，將有助于試驗人員開展發動機拆裝虛擬仿真的研究[1]。

4 新能源汽車內拆裝虛擬仿真的功能與實踐

4.1 建立三維模型

一臺發動機的構成含有諸多零件，如機架、機座、氣缸體、凸輪軸、氣缸蓋、氣缸套與活塞組件等，試驗人員可使用分層建模法來展現發動機的內部系統，具體來說，發動機的內部系統可分成五層，如冷卻系統、潤滑系統、燃油供給系統、點火系統與起動系統等，在每一層都要將同一時間會拆裝的零件組合起來，以便于后期的制作與模型的美觀，例如，在拆裝螺釘的過程中，可將蓋體相同的螺釘進行拼接，在統一命名后應立即保存。

4.2 設計界面按鈕

在設計發動機虛擬拆裝系統的界面前，試驗人員需開展界面按鈕的設計工作，其具體的創建流程為其一，創設一個全新的腳本程序，將其命名為MainMmenu，并建立相應函數，如OnGUI;其二，在全新的腳本內加入myGUI變量;其三，在GUI函數中的下一行設置一個控制按鈕，即Button，把控制按鈕的實際解釋放到if語句內，在系統開始運行時按下該按鈕，而if語句要返回到上一行，if的代碼需被執行;其四，運用GUI.Font與GUI.Background兩個控制調整按鈕適時更換字體顏色與界面的初始背景，并借助按鈕退出該系統[2]。

4.3 實現三維視景

為更好的實現三維視景，試驗人員借助Unity 3D平臺中的屬性窗口常設全新的Layer，并為其取一個對應的程序名，如“enginedisplay”，而其對應的屬性窗口也要更改為相同的程序名稱，即“enginedisplay”。同時，試驗人員還要再設立一個Camera，并將其內部屬性中的Clear Flags更換我Depth only，再將Depth設定為相應的數字1。對于系統內部的Culling Mask可將其更改為“enginedisplay”，在Camera的主菜單中刪除“enginedisplay”，適時調整攝像機的內部屬性，改變發動機的內部模型，則三維視景即可在UI界面中出現，為增強其舒適度，試驗人員可適當調整其大小與位置，從而使發動機內部構造的顯示更為清晰，保證三維效果。

4.4 發動機的拆裝設計

在進行虛擬拆裝的過程中其應依照產品設計的精度特性、形狀特性，運用三維模型將產品的裝配過程展現出來，并利用用戶交互法來控制與模擬產品的裝配。新能源汽車中的發動機拆裝大多運用Unity 3D平臺，試驗人員可將搭配好的拆裝順序導入數據庫，并借助C#腳本嚴格控制發動機內部各項零件的運動，利用三維模型將真實拆裝過程展現出來。

4.4.1 展現拆裝動畫功能

在完成發動機的拆裝設計后，試驗人員可查看其內部的動畫功能，該功能主要借助Unity 3D平臺中的Tween功能，在該功能的帶動下其包含多類動畫類型，如大小、透明度、高度、寬度、位置與顏色等。利用Tween功能還可實現發動機零件運動，試驗人員要在腳本中設定其運動過程中的前后位置坐標，繼而可將零件整體的運動軌跡展現出來。為使拆裝效果更加真實，在發動機零件的模擬運動中還需在其運動軌跡上設定重力加速度，在完成腳本的調整后其運動軌跡可呈現消失狀態，在該階段發動機零件拆裝過程的動畫也能借助該界面展現出來，在此過程中，試驗人員應不斷調整三維模型的內部參數，從而使數據信息更為準確，模擬效果更加真實。

4.4.2 實現人機交互

在控制人機交互的過程中，試驗人員也需不斷控制發動機零件的拆裝工作，借助UI界面內的Button按鈕開展控制工作，每一個按鈕都只能控制對應的零件的分解與拆卸。同時，借助Unity 3D平臺中的OnClick函數能高效控制動畫腳本的執行力度，而拆裝系統的展示可利用觸屏顯示器，操作人員在進行發動機的控制與拆裝時可采用對應的按鈕來完成[3]。

4.4.3 展示有序拆裝功能

為顯示拆裝功能的有序性，試驗人員可將發動機內部的各個零件名稱納入Unity 3D平臺中，一般來講，若想組成一套完整的、性能優質的發動機，其內部零件的組成順序十分重要且關鍵，只有正確組合才能保證該發動機的正常工作。在拆裝發動機內部零部件的過程中其不但步驟復雜、工序較多，還要保證順序的正確，因此，給操作人員帶來了極大的難度，但若能運用三維動畫模式將整套過程演繹出來，將極大縮減拆裝，也提升了拆裝工作的精準度。在進行試驗前，試驗人員需將正確的拆裝順序與各項零部件名稱錄入三維模型中的數據庫，并適時導入Unity 3D平臺，由于每個發動機零件都會在數據庫中帶有獨特的ID，利用C#腳本編碼將其內部數據處理成數組形式并及時讀取其發動機零件的內部ID，在將該模型進行變色處理后，需立即點擊相應按鈕開展零部件拆裝工作，而該模型顏色變化的順序也要與零部件拆裝順序相同。在進行多次拆分試驗后，其發動機曲柄連桿的拆分順序為曲軸、活塞組與連桿組，而針對活塞組，其正確的拆分順序為卡環、活塞、活塞銷、氣環與油環;而襯套、螺栓、連桿與連桿軸瓦為連桿組正確的拆分順序，在完成相應設置后，其拆裝動畫可在顯示屏中展示出來，為使其拆分動作與過程更加形象、逼真，試驗人員可適當變換顏色與大小，從而提升發動機拆裝工作的整體效率。

4.4.4 虛擬仿真的特點

一方面，傳統發動機在進行拆裝的過程中要及時固定場地，在開展現場拆裝時大約要用到4-5名專業性極強的技術人員，在其協作完成的過程中會使用多類機械工具，如扳手、起吊工具等，且每次拆卸完成一個零部件時都需要放到一個固定的地方，且由專人保管，若在管理過程中出現紕漏，極易影響發動機的安裝，由于管理不便，此類拆裝工作存有較大難度。仍運用虛擬操作平臺則可有效提升工作效率，每臺計算機僅需1-2人操控即可，降低了場地占用與人員浪費的概率，該工作的關鍵點在于熟練使用計算機內部操作且掌握各零部件正確的安裝順序，因而管理人員要挑選技術能力極強的工作人員，以防止因發動機拆裝問題而給企業帶來損失。另一方面，在應用Unity 3D平臺的過程中，由于該系統內部帶有諸多開發工具，如EON等，在進行虛擬拆裝時其效果會更加逼真，利用聲音與圖象改變人們的直觀感，當該系統的每項操作與實際拆裝相符時，工作人員在進行實際操作時會更有把握，也會增強系統的穩定性，因此，將Unity 3D平臺與虛擬仿真相結合，可有效促進新能源汽車發動機的安裝效果，也促進該行業的整體發展。

5 結語

綜上所述，隨著汽車行業的逐步發展，汽車整體性能的提升，其發動機的拆裝工作也變得更為重要，試驗人員將Unity 3D平臺與虛擬仿真技術有效結合，不但能使拆裝工作的步驟變得更為清晰，還可高效提升發動機的運動效率。

基金項目：項目來源：教育部科技發展中心產學研創新基金課題。項目名稱：《基于混合現實（MR）在新能源電動汽車教學中的應用研究》。編號：2018C01066，于2019年11月立項。

參考文獻：

[1]袁瑞晨，孫濤.基于虛擬駕駛的仿真平臺設計[J].工業控制計算機，2019，32（06）：57+60.

[2]葛巖，馮婉婷，劉紅巖.基于Unity3d的虛擬實驗設計與開發[J].黑龍江科學，2018，9（24）：30-31.

[3]徐志剛，胡常英.基于Unity3D的虛擬汽車試驗場漫游系統[J].計算機技術與發展，2019，29（05）：112-115.