Unity3D在虛擬機械拆裝中的應用★

羅資琴

（蘭州石化職業技術學院石油化學工程系，甘肅蘭州 730060）

Unity3D在虛擬機械拆裝中的應用★

羅資琴

（蘭州石化職業技術學院石油化學工程系，甘肅蘭州 730060）

從虛擬現實與拆裝技術的結合、虛擬拆裝與移動通訊、虛擬拆裝系統的開發流程及Unity3D虛擬機械拆裝項目開發的重點和難點等方面入手，介紹了Unity3D在虛擬機械拆裝中的應用。利用Unity3D進行的虛擬機械拆裝演示直觀，使學習者學習起來較為輕松，必將成為日后虛擬機械拆裝學習的主流方式。

Unity3D 虛擬 機械拆裝 3D技術

隨著時代的發展和社會的進步，當今的3D技術正在從原本只有對計算機三維圖形學有較深入研究的高端人群所壟斷的技術演變成普通群眾都能接受和使用的平民技術。[1]然而在這一次巨大的變革中，Unity3D作為舉足輕重的3D引擎，從眾多技術中脫穎而出，成為了這次變革中的佼佼者。所謂U-nity3D就是一款可以輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內容的多平臺綜合型游戲開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎。[2]根據Unity官方在2014年的報告來看，Unity全球用戶已經超過330萬人，每個月的活躍用戶數高達60萬。全世界有6億的游戲玩家在玩使用Unity引擎制作的游戲，目前用Unity創造的應用和游戲的體驗量累計達到了87億次。[3]

已往，國內對各種機械設備拆裝過程的講解大多數都是以圖片或實物講解為主，這樣的講解形式嚴重阻礙了學習者對機械內部結構的認識，而且會影響學生對機械內部結構的深刻理解，更會對一些高危機械操作任務帶來巨大的安全隱患。[4]所以利用Unity3D進行的虛擬機械拆裝演示直觀，使學習者學習起來輕松，將成為虛擬機械拆裝學習的主流方式。

1 虛擬現實技術及其發展

1.1 虛擬現實技術

所謂虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種實時動態的三維立體逼真圖像模擬環境。在該模擬環境中除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，因此該系統是一種多源信息融合交互式的三維動態視景和實體行為仿真系統，使用戶沉浸到該環境中。[5]虛擬現實技術主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合。

根據長時間以來對虛擬現實技術的使用經驗和研究結果，虛擬現實技術也可以被解釋為：將現實中的實體東西以計算機三維技術的方式模擬出來，以滿足實物在數字平臺上的直觀可視化，是為滿足模擬事件數據采集、數據分析等一系列的需求而產生的計算機與通信行業中的新興技術。[6]如下頁圖1所示的是一個通過虛擬現實技術得到的機械拆裝過程。如今虛擬現實技術已經成為一種行業或產業被很多專業人士或公司所關注，被運用到了游戲娛樂、醫療衛生、軍事航天、室內設計、房產開發、工業仿真、應急推演、文物古跡、Web3D、道路橋梁、人文地理、教育教學、演播室、水文地質、設備維修、船舶制造、培訓實訓、軌道交通、能源領域、生物力學、康復訓練、數字地球、虛擬現實等各行各業。[7]

1.2 虛擬現實技術的發展

虛擬現實技術興起于20世紀末，是一款新型綜合信息技術。其發展過程大概分為四個階段：1963年之前為第一階段，這個階段的有聲形體動態模擬已經蘊涵或開始蘊含了虛擬現實思想；第二階段是1963—1972年，是虛擬現實技術的萌芽期；第三階段是1973—1989年，該階段是虛擬現實概念的產生和理論初步形成階段；第四階段是從1990—2004年，該階段為虛擬現實理論進一步完善和應用的階段。[8]該時期的虛擬現實技術遠未達到成熟階段，在虛擬現實的理論、算法和技術實現等各方面都存在許多問題和待開發的領域。雖然，目前已成功地開發出一些虛擬現實的典型應用項目，但與其他高新技術的應用相比尚處于應用開發的初始階段。

圖1 虛擬現實技術得到的機械拆裝過程

2 虛擬現實技術與拆裝技術的結合

隨著大數據時代的到來，我國領導人高瞻遠矚地發出了“大眾創業、萬眾創新”的號召，而創新的核心實質就在于跨行業，所以后面的“互聯網+”就理所當然地成為跨行業中的理想接口。[9]然而對于一般性的信息行業來說，實現“互聯網+”是一件很容易過渡的事情，但對于實體行業特別是與機械拆裝有關的行業，怎么才能實現“互聯網+”這一宏偉的目標呢？從虛擬現實技術中找到了最佳的答案，它給我們提供了一個很好的切入口，也必將給目前創新疲軟的機械拆裝行業帶來一個新的發展契機。

3 虛擬拆裝與移動通訊

3.1 我國2015年通訊行業發展現狀

工信部數據顯示：2015年，我國移動電話用戶普及率達95.5部/百人，其中有9個省市自治區的移動電話普及率突破100部/百人，北京市高達188部/百人。而另外一方面數據顯示：2013年，我國智能手機出貨量為4.2億部，同比增長64.1%，市場占有率達到73.1%，其中Android手機出貨量為3.98億部，占同期智能手機出貨量的94.0%；而2014年我國智能手機出貨量為4.5億部。

上述移動行業的信息數據充分顯示，移動行業的大力發展使得移動電話就像人們穿衣吃飯一樣不可或缺，而移動行業目前的發展現狀為實現虛擬機械拆裝奠定了非常堅實的硬件基礎。[10]因此，如果能在移動行業中有所突破，將移動行業的優點與實現虛擬機械拆裝緊密結合，必定會帶來無可估量的收益與發展前景。

3.2 Unity3D的跨平臺性

Unity3D是由Unity Technologies開發的一個讓玩家輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化和實時的三維動畫等類型互動內容的多平臺的綜合型游戲開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎。[11]其編輯器運行在Windows和Mac OSX下，可發布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone8和Android平臺，也可以利用Unity webplayer插件發布網頁游戲，支持Mac和Windows的網頁瀏覽，它的網頁播放器也被Macwidgets所支持。

上述平臺基本上囊括了當今人們最常訪問的通訊媒介，其開發的產品具有一次開發處處編譯的廣泛適用性，是“互聯網+”時代開發虛擬現實最為理想的工具，也為虛擬拆裝奠定了非常重要的軟件基礎。

綜上所述，可以斷定，以智能手機、iPad、iPhone等移動通訊設備為載體，以Unity3D為工具媒介，將成為開發虛擬拆裝系統最為理想的選擇。[12]

4 虛擬拆裝系統開發流程及項目開發重點難點

4.1 虛擬拆裝系統開發流程

第一步：采集相關拆裝物的有效信息，如果涉及的物件系統相對來說比較復雜，可以制作信息采集卡，分部分、分階段地進行采集。

第二步：核對采集信息，并與相關聯系人進行及時的反饋與溝通。牽涉到所屬部門不能解決的問題，需要爭取跨部門領導之間的協作與溝通，及時將實踐問題與技術部門核實清楚。

第三步：對于核查的信息進行反復分析，找到實現虛擬技術的實現途徑與實現方法。對于不能實現的部分，試著找到折中的辦法去解決；對于確實不能解決的，及時與上層領導協調溝通；對于牽涉跨部門的，盡量尋求領導的支持。

第四步：是技術最終實現的一步，也是將實踐結果與實物數據提供給相關部門進行核對并進行修整的一步。

4.2 虛擬拆裝系統項目開發重點難點

虛擬拆裝是一種以演示為主、概念引導為輔的實踐技術。虛擬機械拆裝項目發展重點難點具體體現在以下兩方面：一是對于產品的關鍵部件外形和作用的演示尤為重要，因此一般不需要太華麗的圖像顯示；二是在整個演示的過程中，要盡量考慮部件外形展示的精準性以及功能動作演示的到位性，使得觀看者一眼就能理解其作用和實際意義（如圖2所示）。

圖2 某虛擬機械拆裝演示圖

5 結論

Unity3D是一款可以輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化和實時的三維動畫等類型互動內容的多平臺綜合型游戲的開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎。[13]以往的機械拆裝講解大多數都是以圖片或實物講解為主，這樣的講解形式不但不利于學習者對機械原理和內部結構的學習，而且會給一些高危機械操作帶來巨大的安全隱患，而利用Unity3D進行的虛擬機械拆裝演示直觀，使學習者學習起來輕松，將會成為日后虛擬機械拆裝學習的主流方式。

[1]李驥.展示設計在互聯網中的應用[J].科技展望，2016（23）：12.

[2]汪成為.人類認識世界的好幫手虛擬現實[M].北京：清華大學出版社，2000.

[3]劉耀林，孔建益，蔣國璋.虛擬現實技術的發展[J].湖北工業大學學報，2005，20（3）：186-189.

[4]姜澍.移動終端大數據[J].中國統計，2015（8）：14-15.

[5]郭芳芳，劉志勤.Unity3D在教育游戲中的應用研究[J].教育觀察，2012（10）：47-50.

[6]周巖，李遠明，李榮剛.基于Web的三維虛擬樓盤展銷系統設計[J].電腦知識與技術，2013（4）：891-892.

[7]陳東偉，梁文敏，朱喬業.基于Web的3D智能虛擬人估計及系統實現[J].信息技術，2014（3）：117-120.

[8]左亞敏.基于多點觸控的桌面文檔操作交互的設計與研究[D].昆明：昆明理工大學，2014.

[9]鄧永健.手機網絡游戲AI行為樹的設計與實現[D].廣州：中山大學，2014.

[10]杜云鶴.三維化的VLCC船貨油裝卸系統[D].大連：大連海事大學，2014.

[11]姜銳，陳默祺.黃河水院三維數字校園漫游系統方案研究[J].黃河水利職業技術學院學報，2015，27（2）：52-54.

[12]劉寧.飛機三維數據可視化探究與實現[J].科技視界，2015（32）：9-10.

[13]李崴，馬樺.Unity3d虛擬技術在高職土工試驗教學中的應用[J].科技創新導報，2012（32）：124.

（編輯：胡玉香）

Application of Unity3D in Virtual Mechanical Disassembly and Assembly

LUO Ziqin
（Department of Petrochemical Engineering,Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology,Lanzhou Gansu 730060）

From the combination of virtual reality and assembly and disassembly technology,virtual disassembly and assembly and mobile communication,the development process of virtual disassembly and assembly and key and difficult points of Unity3D mechanical disassembly and assembly project,this paper introduces the application of Unity3D in virtual mechanical disassembly and assembly.The Unity3D virtual mechanical disassembly and assembly not only is a most intuitive demonstration,and a most easy way to learn for learners,but also will become mainstream way of learning for future virtual mechanical disassembly and assembly demonstration.

Unity3D,virtual,machine disassembly,3D technology

TP391

A

1672-1152（2016）06-0074-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.27

2016-11-07

甘肅省2012年科技支撐計劃-工業類——石油化工企業三維應急演練系統（1204GKCA004）

羅資琴（1966—），女，副教授，天津大學化學工程碩士，研究方向為石油化工。