随着信息产业的快速发展,虚拟现实技术逐渐成为重点研究领域,而在教育领域虚拟现实技术的应用也越来越广泛。在实验设备紧缺的课程教学中,虚拟现实技术可以提供一种有效的解决方案。传统的柱塞泵课程教学通常需要一定的实验设备和环境,成本较高、难以维护。基于虚拟现实技术开发柱塞泵虚拟仿真系统成为一种解决方案,通过对柱塞泵的工作原理进行分析,设计相应的模型和算法,使用Unity引擎搭建了一个虚拟环境,将模型与算法集成进去,实现柱塞泵的虚拟自动拆装、虚拟手动拆装,并通过性能测试发布至安卓、PC等平台供用户使用。系统为实验教学提供了新的手段和途径,不仅可以替代传统的实验设备,还可以为学生提供更加安全和便捷的实验操作环境,在柱塞泵的教学和研究过程中发挥重要的作用。

为降低因无人值守变电站数量增加而加重的运行维护人员工作强度,基于Unity 3D平台设计了一种可视化的变电站巡检自主定位方法。基于该定位方法开发多模块Unity 3D机器人巡检虚拟操作平台,数据模块收集机器人采集的巡检数据传送至业务逻辑模块,构建的三维效果图在表示模块可视化显示;结合SolidWorks与Unity 3D平台构建三维机器人模型,机器人巡检模型的驱动控制器操作轮毂电机保障机器人正常工作,通过TB-418串口与电机控制器交互信息;机器人基于同步定位与建图算法实现变电站机器人巡检定位,同时构建机器人运动地图。采用栅格法将机器人运动路径规划转化为数学约束条件问题,完成机器人运动路径规划。测试结果表明,在Unity 3D平台控制下,巡检机器人实际运行路线与实际最优路径一致。

针对汽车主减速器虚拟装配系统的开发需求,以Unity作为开发工具,结合HoloLens设备,对主减速器虚拟装配中的着色器、碰撞检测和人机交互等关键技术进行研究。通过分析不同光照模型及其所实现的渲染效果引入Half Lambert光照模型,并将其与Blinn-Phong光照模型相结合实现能够获取逼真场景的着色器渲染技术,并根据Unity中基本碰撞器和网格碰撞器的使用特点提出了一种针对主减速器虚拟装配的碰撞检测方法,此外还基于HoloLens的凝视、手势和语音等三大基本输入方式实现了一整套简单、自然、人性化的全新人机交互方式。

为了提高数控机床虚拟拆装系统的碰撞检测效率,以CK6140S数控机床为原型,采用UG软件对数控机床各模块精确建模,并利用3DMax软件对模型进行渲染和贴图生成高质量的虚拟现实模型,最后导入Unity 3D完成数控机床虚拟拆装系统的开发。提出Sphere-EBB算法对装配模型进行预检测、初步检测和精确检测,保证碰撞检测的实时性,提高碰撞检测的效率。实验结果表明该系统具有良好的人机交互体验,沉浸感十足,功能强大,可以满足数控机床虚拟拆装需求。

基于Unity3D开发了一个由操作提示、工作原理展示、拆卸、测量、组装等模块组成的球阀虚拟测绘系统,解决了球阀真实测绘存在的零件缺失与损坏导致有效设备数量不足、无法异地开展等问题。测试结果表明,该系统的功能及兼容性均达到了设计预期,符合正式发布与使用要求。该测绘仿真系统丰富了交互型虚拟仿真教学资源,提高了学生测绘学习的积极性和主动性,为其它测绘仿真系统的设计提供了参考。

面向高校车辆工程专业人才工程实践能力培养和虚拟仿真实验的重大需求,针对汽车专业液压传动课程教学中存在的理论抽象和实践教学手段不足等共性问题,通过SolidWorks完成液压元件的三维建模及装配,导入3Ds Max进行模型的优化和渲染,在Unity 3D中实现虚拟场景搭建,自主设计开发了一套汽车液压虚拟实验教学平台:液压元件剖视和拆装、液压试验台、液压回路以及液压助力转向装置的虚拟实验。教学实践应用表明,该虚拟实验平台具有良好的三维交互性、操作便捷性和场景真实性等优点,增强了学生工程实践能力,在汽车液压传动实验教学领域具有良好的应用价值。

针对现有气动技术相关课程中实践教学环节不够以及实验设备少导致的教学效果差的不足,该文基于虚拟现实技术,联合三维建模与仿真,开发了一款运行操作方便、交互功能强的气动实验仿真教学平台。首先,基于Solid Works计算机辅助设计平台实现常用气动执行及控制元件的三维建模。借助3DS Max三维动画渲染和制作软件实现了场景建模和模型的无缝转换。然后,以Unity 3D虚拟仿真环境为开发引擎,完成了气动实验虚拟仿真平台的功能设计与优化。以气动减压阀拆装和调速回路为案例,进行了虚拟仿真实践教学验证。结果表明,所开发的虚拟仿真平台可以实现与实物平台一致的实验效果,对于推进实验教学信息化建设和提高高校人才工程实践能力具有较强的指导意义。

以一个6自由度关节型焊接机器人为对象，对其进行了虚拟现实仿真技术的研究，提出了一种基于Unity 3D引擎、[JP2]使用C#语言开发的虚拟现实仿真系统的设计。研究内容包括：三维建模和优化处理、模型及场景的实时加载、人机交互界面的设计、运动仿真、虚拟机器人与实际机器人的运动同步和位姿同步、简单临场感的实现、碰撞检测功能。通过对焊接机器人虚拟现实技术的研究，可以有效降低焊接过程中操作人员的作业风险，对焊接机器人工作过程中的远程监控具有较大的研究意义。

以机械设计基础课程为研究对象,基于Unity 3D游戏技术引擎,利用三维建模,采用C#脚本语言进行交互过程开发,并融合网络技术设计基于W eb的三维虚拟实验平台。可实现在线虚拟实验、实验教学管理及平台管理维护功能,使学生能够突破时间和空间的限制,实现对常用机构及轴系结构测绘、减速器拆装实验等的在线学习和动手操作。