基于AR的機械設備拆裝指導系統

李廣磊 劉偉 張順心

摘 要： 基于增強現實（AR）技術，利用3DsMAX、QCAR、Unity3D等工具，開發出應用于Android智能終端的機械設備拆裝系統。文中詳細描述了系統方案設計及開發流程，給出了系統中虛擬模型的優化方法，介紹了系統在設備拆裝中實際應用情況。

關鍵詞： 機械設備;增強現實;拆裝指導;Unity3D

伴隨著科學技術的快速發展，使機械設備的產品結構越來越復雜。由于這些設備的多層次性以及多單元性，使得機械設備拆裝變得復雜。所以，復雜機械設備的拆裝工作是當今社會比較熱點的問題。近些年，增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術出現在大眾的視野，所謂增強現實是將計算機制作的虛擬對象，與現實世界場景疊加在同一個畫面與空間內，用戶可實時地進行交互來實現對現實世界的增強。

隨著智能終端設備性能的不斷完善，Android終端已經成為每個人生活中必備的東西。在機械設備拆裝領域，本文基于Android終端開發出一款基于AR的機械設備拆裝指導系統。將虛擬的模型套在現實的機械設備上，讓技術人員沉浸進行深入的交互，并逼真的展示機械設備的三維模型及其零部件安裝原理，更好的提高技術人員拆裝維護能力。

1 系統方案設計

在機械設備拆裝領域，設計開發一款基于AR機械設備拆裝指導系統，目的是為了當現場技術人員因缺乏經驗而無法處理一些設備拆裝問題時，指導技術人員正確高效的進行機械設備的拆裝工作，還有對復雜機械設備及其工作原理的理解，系統的方案設計如圖1所示。

2 系統開發與應用

2.1 系統開發流程

增強現實開發常用的工具包主要有Metaio、Vuforia和Opencv等。本文選用的是高通旗下開發的Vuforia SDK工具包。選取好工具包之后，需要在Vuforia官網創建標識物圖像的云端數據庫，然后以Unity3D作為開發平臺，配置JDK（Java Development Kit）和Android SDK（Software Development Tools開發環境，導入Vuforia SDK插件，將虛擬模型以及標識物導入到Unity3D里面進行集成開發，用C#、Javascript腳本進行封裝，在Android智能終端運行。系統詳細開發流程如圖2所示。

2.2 系統在機械設備拆裝領域中的應用

技術人員用Android設備掃描機械設備上的標識物圖像，便會呈現出相應的三維模型，觸控屏幕可以實現設備模型的放大、縮小與旋轉，就好像技術人員手中擁有一個真正的機械設備，如圖3所示。點擊屏幕設備會自動拆解，就可以自行觀察設備每一個零部件，以及設備的拆裝順序，如圖4所示，讓技術人員充分的思考和理解機械設備，更好的進行機械設備拆裝，解決了技術人員因缺乏經驗而無法進行設備的拆裝。

3 結論

本文結合增強現實技術的特性，設計開發了一款基于AR的機械設備拆裝指導系統。為技術人員提供了現場實物操作與虛擬信息引導同步結合的操作環境。通過增強現實技術，可以將計算機合成的設備拆裝演示等各種虛擬信息直觀地、形象地以及實時地疊加到技術人員的視野里，指導非熟練技術人員對復雜機械設備進行正確的拆裝，降低了設備拆裝難度，提高了設備拆裝效率及質量。因此，增強現實技術對設備拆裝指導具有重要的工程意義。