三坐标测量机交互式虚拟实验室的设计

1　引　言

　　虚拟技术作为一门新型技术,在航天飞行、军事训练、模拟加工等许多领域得到了很好的应用。对教育系统而言,每年都需要大量的资金用于各类实验室建设,由于受经费和实验条件等因素的限制,许多实验在普及和优化方面受到很大影响,而通过构建虚拟实验室来模拟真实实验,可在一定程度上满足教学和实践的需要。

三坐标测量机作为坐标和形位尺寸的测量工具,已广泛应用于机械制造、电子工业、汽车和航空工业等生产加工领域。三坐标测量机交互式虚拟实验室系统是以实际仪器为原型,建立仪器的三维模型,结合测量原理和测量方法,设计出能够模拟实际操作和实验教学的虚拟实验室系统,它具有生动性、交互性和智能性等特点。

2　方案设计

　　虚拟实验室可通过多种方法构建,如三维建模技术、动态模拟技术、Flash技术、ActiveX技术以及VRML技术等。三坐标测量机交互式虚拟实验室首先是通过使用MDT软件完成三维参数化实体造型和虚拟装配,然后运用3DS来完成渲染和自动演示部分的制作,达到既符合机械设计要求,又满足视觉美观的三维效果,最后通过软件编程实现界面编排、虚拟场景、人机交互等功能。

虚拟实验室系统的开发过程主要分为虚拟元件构建和实验平台设计两个部分,其中元件构建包括虚拟造型、装配、渲染和演示制作等环节;平台设计则包括界面设计、场景设计以及交互式功能设计,整个系统开发流程如图1所示。

3　创建虚拟元件

　　虚拟元件是构建虚拟实验室的基本单元,包括了三坐标测量机的各主要部件。通过使用MDT软件,实现元件的参数化造型设计及相关处理。实体建模时,通过参考实际仪器,建立机座、工作台、桥架、横梁、主轴架、测杆与测头等三坐标测量机主要部件的模型。在MDT环境下完成三维建模后,进行虚拟装配,将已构造的各种分散零件模型,按照给定的约束和位置关系装配起来,如图2所示。

　　虚拟元件建立之后,还要构建一个虚拟的实验环境,首先通过设置灯光和编辑材质属性等方法进行修饰,然后通过编程初步达到虚拟仿真的效果,能够实现仪器的三维外观演示、自动测量、虚拟手动测量等基本功能。

4　创建虚拟实验平台

　　依据系统的功能要求,打开三坐标测量机交互式虚拟实验室,首先进入欢迎主界面,从中可选择进入不同的子界面,一些功能模块如播放控制、复位返回、实时显示、数据采集、数据处理、动作控制以及窗口控制等功能模块分布于不同的子界面中,可以通过控制按钮或定义参数的方式实现相应的功能。界面设计还需要考虑交互式操作、界面跳转等功能的协调性以及布局的合理性和美观性,部分系统界面如图3所示。