基于Unity3D的交流接觸器虛擬拆裝應用研究

馮宗杰（火箭軍士官學校，山東 青州 262500）

職業院校，注重的是培養學生的技能水平，目前學員在實訓過程中存在主要矛盾［1］，一是實訓過程需要大量的實訓器材，由于大量的實訓，致使器材外觀損傷嚴重，需要大量的經費支撐；二是實訓過程受到場地、設備數量的限制，一定程度上影響了訓練效果。因此迫切需要創新研究新的訓練手段，解決裝備數量偏少，訓練成本高的問題。本文以交流接觸器虛擬拆裝為例研究基于Unity3D的電氣虛擬拆裝設計。

1 Unity3D、SolidWorks和3Dmax軟件

隨著VR技術［2］的不斷發展，涌現出了大量基于VR技術的開發平臺，Unity3D作為虛擬現實軟件的后起之秀，起步就定義為多平臺高端大型游戲開發引擎。它對DirectX和OpenGL的圖形渲染管道進行了高度優化，使低端硬件也可以流暢地運行漫游展示、虛擬仿真、交互式動畫等，并能夠創造出高質量3D仿真系統和真實視覺效果。它能夠與HTML、Flash等進行良好的交互，并支持C#、JavaScript等多種腳本語言。

Solidworks和Virtools同屬于法國達索公司。功能強大、易學易用和技術創新的三大特點，使得SolidWorks成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。

3DS M ax是Autodesk公司出品的一款著名3D動畫軟件，是世界上應用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件，廣泛應用于游戲開發、角色動畫、電影電視、視覺效果和設計行業等領域，其主要特點如下：(1)功能強大，插件豐富3DS M ax有著出色的建模、渲染、動畫等功能，通過3DS Max豐富的插件，可滿足各行業各領域不同的設計需求。(2)界面友好，易學易用。3DS Max命令布局和功能模塊設置使用方便，是最容易上手的 3D 軟件。(3)和其它相關軟件配合流暢3DS Max通過自身以及插件，支持多種相關軟件的不同類型文件的導入導出。(4)渲染速度快，畫面質量高。

2 基于unity3D的交流接觸器虛擬拆裝設計流程

基于Unity 3D的交流接觸器虛擬拆裝設計流程如圖1所示。

圖1 交流接觸器虛擬拆裝設計流程

3.交流接觸器虛擬拆裝設計實現

3.1 交流接觸器Solidworks建模及裝配

虛擬現實三維模型是整個虛擬操作平臺的基礎，模型的好壞直接影響運行速度和效果，平臺首選Solidworks進行接地電阻測量儀的三維建模。

(1)利用SolidWorks強大的實體建模功能，通過拉伸、旋轉、薄壁、特征陣列以及打孔等操作完成接觸器各零件模型的建立，并按照一定的裝配關系對零件進行裝配。裝配完成后的交流接觸器如圖2所示。

(2)交流接觸器裝配完成后，采用.stl格式作為模型導入3DS Max中的格式。將模型導入3DS Max場景時，要特別注意導入過程中不要移動零件，否則會影響減速器模型的裝配關系。

3.2 交流接觸器三維模型貼圖

為了使交流接觸器及相應場景具有逼真的效果，需要通過3DMAX軟件對交流接觸器及場景進行渲染，配合相關貼圖編輯軟件對接地電阻測量儀進行表面材質處理，提高渲染效果。

圖2 SolidWorks交流接觸器裝配體模型

對于在Solidworks中很難實現的不規則形狀，可以通過3DMAX軟件進行修改設計，達到逼真的效果。

3.3 交流接觸器虛擬拆裝設計

3.3.1 虛擬場景設計

將3DMAX處理后的交流接觸器導出為*.FBX文件，并放在Unity 3D的資源文件夾Assets中，Unity 3D將自動導入相應的貼圖和動畫文件，然后將模型添加到虛擬場景中，通過移動、拖放、縮放、旋轉等指令對交流接觸器模型進行屬性設置，達到理想效果。為了進行可視化虛擬操作，必須對場景增加主攝像機和燈光，為了多視角觀察操作效果，可以在場景中不同角度添加不同的攝像機建立相應的從屬關系，通過設置選取不同的觀察角度。

3.3.2 虛擬腳本設計

Unity3D支持JavaScript、C#、BOO三種不同的腳本，其中C#功能最強大。但對于初學之來說，格外是沒有編程語言基礎的人來說，這無疑增加了設計難度，為此，有人開發設計了Unity3D Playmarker插件，Playmaker既是一個可視化腳本工具，又是一個分層邏輯框架。設計師、程序員使用Playmaker能夠很快地完成游戲原型制作，既適合獨立開發者，又適用于團隊協作。Playmaker能夠大大提高開發效率，讓你的游戲變得更加完美，它可以實現不需要編寫代碼，并可以完成虛擬操作的功能。因此采用該插件進行編寫，從而縮短開發周期。

4.交流接觸器虛擬拆裝效果展示

虛擬操作平臺搭建完成后，可實現整體場景與操作場景切換，操作場景縮放、平移、旋轉，接觸器拆裝操作，基本實現與實際操作一致的訓練效果，大幅節約成本。

5 結束語

本文針對交流接觸器的使用培訓，工作原理學習等方面的需求，基于Unity3D軟件平臺，利用的SolidWorks進行快速、精確建模與裝配，3DS Max技術對所建立模型進行渲染、動畫的制作，采用Playmarker第三方插件，設計了交流接觸器的虛擬拆裝平臺，并對虛擬場景交互進行了深入研究。該平臺逼真度高，交互性強，可廣泛應用于電氣類虛擬現實技術的開發與設計。