基于VRML的零部件測繪虛擬實驗室的研究與實現框架思路構建

王瑤

（廣東工貿職業技術學院，廣東 廣州 510000）

0 引言

VRML是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構的三維世界的場景建模語言，也具有平臺無關性。在零部件測繪與裝配圖繪制過程中，應用CAD軟件，構造零件的三維模型，再創建成部件的裝配模型，基于VRML技術建立零部件測繪虛擬實驗室，并在虛擬現實環境中模擬仿真部件的運動，檢驗裝配的正確性，對其進行虛擬測繪，這將極大地提高測繪工作效率，提高實驗結果的準確性。

1 基于VRML零部件測繪虛擬實驗室建設要點

1.1 制作虛擬測繪網頁

為了滿足信息順利交互的基礎要求，在具體應用中需要做好虛擬測繪網頁的制作工作，這也是后續進行虛擬實驗室動態調整的基礎保障。在具體的制作過程中，經常使用到的技術包括VRML技術、Java語言和HTML文件等。利用VRML技術來完善Web網頁內容，可以提供除文字外的更多選項，滿足虛擬實驗室的管理需求。而且為了滿足信息實時交互、測繪過程動態管理等要求，在網頁設計過程中，也需要搭配Java語言和HTML文件來進行綜合處理，從而建立符合虛擬實驗室管理的服務系統，提升整個管理過程的有序性。

1.2 構建三維場景模型

為了滿足虛擬實驗室的應用要求，提升所建立虛擬實驗室的逼真度，因此在實際應用中也會借助VRML技術來搭建三維場景模型（如圖1所示）。在三維場景模型的搭建過程中，主要包含行為建模和幾何建模兩部分內容。前者的主要工作內容是對場景真實度進行還原，如測繪實驗室光照環境、溫度環境、相對濕度、實驗室材質、實驗室結構紋理、內部色彩分布等，借此來提升搭建結果的逼真度，也提升數據信息分析結果的準確性；后者在應用過程中的主要內容則是完成虛擬實驗室的基礎建設，如測繪實驗室中的儀器模塊、操作臺模塊、存儲模塊等，在具體的建設和構建過程中，也會將其細分為若干個管理對象，同時利用INline節點來完成模型內容整理，借此來實現虛擬模型和現實場景的順利結合，提升三維場景模型的逼真度。

圖1 虛擬三維場景模型示例

1.3 消減場景復雜度

結合虛擬測繪實驗室相關要求，在建立的三維模型中，其涉及到的三角形數目總量較多，為了提升內容的簡潔性，防止復雜度過高造成的負荷失效問題，需要依托于技術來完成場景復雜度的消減工作。例如，在測繪虛擬實驗室中的儀器模型，可以利用現實生活中的圖片來進行紋理映射，這樣也有利于細節特征的順利傳遞，確保設計內容本身的逼真度，同時也對復雜內容進行簡化處理，得到了逼真度更高、實時交互效果更好的測繪實驗室模型。

1.4 完成動態信息交互

零部件測繪虛擬實驗室在應用過程中，進行動態信息交互也是非常重要的應用內容。其主要作用在于，如果用戶的試點出現的變動的情況，那么此時利用已建立信息交互系統，可以對此類信息場景進行及時處理，常用處理方法為視變換技術，借此來提升信息交互結果的使用價值。

在視點處理過程中，假定視點A（x1，y1，z1）在空間坐標軸z軸上，此時投影平面在位置p點位置所得到的投影方程為q=（x1-x）/（0-x）=（y1-y）/（0-y）=（z1-z）/（zp-z），利用公式中給到的內容展開計算，從而得到所需要的實驗結果。此外，在測繪虛擬實驗室應用過程中，也需要對現階段漫游時間和相對位置信息進行及時獲取，而且在應用中也需要對時空參數進行獲取，以此來得到最優化的全景圖像，滿足定位過程的基礎需求。

1.5 裝配動畫的順利實現

為了順利模擬出零部件測繪過程，在技術應用過程中也會利用VRML來完成裝配動畫制作，并且在應用過程中，也需要合理設置時間傳感器，同時在應用中設置合適的插補器來對整個場景內容進行控制，從而得到所需要的裝配動畫內容。在具體的設計過程中，會在傳感器上布設用于控制動畫效果的時鐘結構，在該時鐘中包含了所建立動畫內容的起始時間、停止時間、相互間時間間隔、循環控制參數等。依托于已經建立好的時鐘，可以在搭建好的虛擬實驗室中，對外輸出各種類型的內插節點，得到相應的動畫內容，并且在動畫節點上也會提前明確具體的關鍵點、關鍵位置數值等。而依托VRML技術建立的網頁也會結合線性插值的方式來順利完成動畫處理，滿足零件動態處理的相關要求[1]。

1.6 虛擬拆卸與裝配處理

在虛擬實驗室的搭建過程中，做好虛擬拆卸和裝配處理也屬于非常重要的工作內容，而整個虛擬處理過程的重點則是拆除順序的合理確定。基于以往實踐經驗，不同類型的零部件因為裝配方式的差異性，其拆裝過程的路徑也存在較大差異。例如，許多零件在拆卸時，只需要通過平移的方式便可以完成，而用于固定零件的螺絲、螺帽，在拆除時涉及到了旋轉動作，因此在虛擬處理時，也需要模擬旋轉過程，多采用旋轉插補器來完成該模擬過程，從而提高虛擬實驗室的逼真度。目前，在系統建設過程中，會利用ismove來完成裝配監督，并且對于輸出變量Bmove和Bback進行控制處理，這樣也滿足零件動態拆除的要求，提升了整個處理過程的合理性與可靠性[2]。

1.7 零件的虛擬測繪處理

除了上述提到的應用內容外，在具體的處理過程中，還需要做好零件的虛擬測繪處理，校核整個虛擬處理過程的合理性。以測量小齒輪直徑為例，具體的處理過程內容如下：從建立的虛擬網頁中輸出備選項，內容包括待檢測齒輪和測量工具（如游標卡尺），此時可以對游標卡尺進行移動，將齒輪外徑和游標卡尺一端的測量爪進行接觸，隨后移動鼠標，將游標卡尺另一端的測量爪與齒輪另一側邊緣進行觸碰，隨后在頁面上點擊鎖定鍵，系統此時會進行自動讀數，得到所需要的測量數值。在此過程中，為了防止物體出現重合，無法順利展開測量的問題，在具體地處理中，會在系統內增加translation節點，搭配transform節點與rotation節點來完成零件內容的精準定位，而且在此過程中還需要對位移量的最大值和最小值進行調整，使虛擬實驗室內的模擬結果可以更加準確，從而提升分析結果的可靠性[3]。

2 仿真實驗分析

2.1 實驗準備

利用VRML來建立零部件測繪虛擬實驗室，為了驗證其可實現價值，需要建立相應的仿真實驗進行整理。在具體的處理過程中，其使用的硬件及準備內容如下：①系統硬件設備i ntelCor系列為主，硬件系統的CPU不低于1.99GHz，運行內存8GB以上；②操作系統選擇Windows系列，如目前推出的Windows10可以滿足多數情況下的基礎需求；③瀏覽器插件在設計中選擇CortonaVEMLClient系列，如目前使用的4.0版本具備良好的使用價值；④編寫工具選擇，主要分為兩類情況，其中VRML內容編寫使用VemlPad進行處理，而Java文件則使用UItraEdit對其進行處理；⑤在評價指標的選擇中，將響應時間、內容處理結果準確性、反饋效果等內容作為重要參考指標[4]。

2.2 實驗結果

在具體的實驗過程中，會同時進行四組實驗，其中兩組用來采集點擊鼠標后相應的反應時間，另外兩組則用來采集人員視角出現變化后，系統對應的響應時間。根據實驗數據可以了解到，基于VRML所建立的虛擬實驗室，鼠標響應時間的平均值為0.5s，而傳統系統鼠標響應時間的平均值為0.7s，前者響應速度更快。同時基于VRML所建立的虛擬實驗室視覺響應時間的平均值為0.4s，而傳統系統鼠標響應時間的平均值為0.6s，前者響應速度更快。由此可見基于VRML所建立的虛擬實驗室具備較強的使用價值[5]。

3 結語

綜上所述，基于VRML建立測繪虛擬實驗室，能夠對測繪數據進行綜合整理，同時也可以完成篩選價值數據、數據信息存儲、虛擬測繪處理、零配件虛擬拆卸等工作，具備較強推廣價值，能夠為許多活動的順利進行奠定基礎。