基于VRML的虚拟液压元件库

　　0 前言

　　随着液压技术的广泛应用和发展，液压元件的重要性越发体现。由于部分液压元件的结构及工作原理复杂、抽象，学习理解比较困难; 具体的实体模型，制造成本、拆装、携带等诸多问题，影响了其实用性。而基于 VRML 虚拟现实技术的液压元件模型库有很多优点: 首先，可多角度、多方位的以三维立体模型观察，且可实现复杂元件的零部件顺序拆装，展示元件中零部件的位置关系，同时可以提供具体的虚拟元件的拆装训练; 其次，对于元件的工作原理以具体三维的状态展现，打破了符号式的平面教学;最后，帮助学习者进行意义构建，不受时间和空间的限制，体现个性化学习，从而可达到最好的学习效果^[1]。

　　1 VRML 概述

　　VRML( Virtual Reality Modeling Language 虚拟现实建模语言) 是近年来发展起来的第二代网络虚拟现实建模语言。它把交互式三维能力带入万维网，是一种可以发布3D 网页的跨平台语言，是3D网页的国际标准。VRML 定义了三维应用系统中常用的语言描述，如几何造型、材质属性、纹理映射、层次变换、光源、视点、动画、图像、视频和声音等，并具有行为特征描述功能。它所具有的交互性，使人们可以在网上构造一个真实世界的对应物，并通VRML 浏览器在这个虚拟世界中漫游和交互^{[2 -3]}。

　　VRML 支持虚拟现实( VR) 技术，它语法结构简单，易于使用，而且要求用户在硬件方面的投资很小，所以在虚拟模型制作中应用VRML 作为虚拟现实开发工具是一种经济、适用的方案。在工程设计方面，由于VRML 是三维格式，不但吸引了广大CAD / CAE / CAM 系统的使用者和开发者，而且受到世界上主要CAD/CAE/CAM 开发商的关注和支持，比如UG 和Pro/E 等都支持 VRML 的输出。可以说，对VRML 的支持已逐渐成为CAD 系统的标准。

　　2 三维虚拟静态模型建立

　　建立虚拟现实基本模型的方法有两种: 一种是直接用VRML 编程; 另一种则是将CAD/CAE/CAM文件转化为 VRML 文件格式。

　　由于液压元件结构的复杂性，本文首先利用Pro / E 建立元件各零件的模型，输出为VRML 文件，由于模型的材质设置对于模型的仿真效果影响很大，转化后对其材质、颜色等进行编辑，使虚拟模型更逼真。转换后的VRML 文件由于建模平台本身的原因体积比较大，为了提高文件的浏览速度，利用VRML 本身的节点功能如InLine、AnChor、PROTO等以及VRML 编辑软件的优化功能，尽可能地优化模型缩小文件体积。最后利用VRML 语言的In-Line、AnChor 等节点，在合适的位置、方位来调用各个零件的wrl 文件，重新组装成虚拟元件，各元件的定位可利用transform 节点的 translation、rotation、scale 参数设置来实现各零件建模局部坐标的平移、旋转、缩放。图1 即建立的液压缸的虚拟静态模型。