液压回路虚拟实验演示系统设计

　　近年来,随着计算机及网络技术的飞速发展,虚拟现实技术呈现出广阔的应用前景,尤其是在教学演示方面,以其沉浸感、交互性、思维构想性得到了越来越多的关注与应用,其中虚拟实验是一项具体应用。虚拟实验提供给用户一个实验教学、技术交流、共同研究、协同工作的平台,是一种基于计算机虚拟原型系统的全新的科学研究与工程设计方法,它通常由两部分组成:虚拟场景和交互控制。目前国内外虚拟实验开发技术主要有Java、VRML、ActiveX、Cult3D等[1],作者主要基于Virtools进行虚拟实验演示平台的开发,并结合实例详细介绍了设计方法。

　　1 系统总体设计

　　液压回路虚拟实验演示系统开发流程如图1所示,首先创建液压回路3D模型,虽然3dmax可以进行3D模型建立,但对于复杂的液压元件,还是采用专业的三维机械设计软件SolidWorks创建模型,然后将模型导入3dmax添加实验场景和材质渲染,接着运用Virtools进行交互功能设计并导出网页文件,最后进行网页的制作发布[2]。此方法充分利用各软件的技术优势,达到更逼真的实验场景和更灵活的交互控制。

　　2 模型创建

　　SolidWorks是目前主流的三维CAD解决方案之一,相比于其他三维CAD软件具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点,所以文中3D模型建立是由SolidWorks完成的。作者以换向回路为例进行说明,对其他回路同样适用。其中电磁阀换向回路原理图如图2所示,要创建的模型有液压实验台、油箱、电机、叶片泵、溢流阀、换向阀以及液压缸等,在SolidWorks中效果如图3所示,保存装配体模型为wrl格式,以便导入3dmax处理。

　　3 添加场景及材质渲染

　　3dmax是专业的的三维动画渲染和制作软件,广泛应用于影视、工业设计、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。在3dmax中首先将实验台和实验室环境进行场景合并,然后渲染模型材质,换向回路实验台及添加实验室场景后效果如图4所示。这里需要指出的是对于复杂的外形、曲面,如油箱散热片、按钮等,可以先在SolidWorks或3dmax中创建简单模型,然后在3dmax中通过材质处理和表面贴图的方法还原模型外观,运用此方法一方面可以减轻建模的工作量,另一方面可以使实体外观更真实。最后通过安装Virtools_Max_Exporter插件输出nmo格式文件,以便导入Virtools进行交互功能设计。

　　4 交互功能的实现及网页发布

　　Virtools是专业虚拟现实设计开发平台,目前全球已有多家设计公司使用此软件平台开发多种游戏软件及交互式网页。Virtools以其完全可视化接口与高度逻辑化编辑方式,通过简单的鼠标拖拽即可将互动模块加入到一般的3D模块中去,快速简单建立3D应用程序。Virtools内置500多个交互模块(BuildingBlocks, BB),交互模块是设计者与模型的接口,通过它们可以完成不同的功能,另外Virtools还提供了与VC++的接口,使用者可以自己修改或编写行为模块,以达到更多的使用功能[3]。