沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统的研发

发布时间：2020-05-31 08:13

【摘要】：虽然目前市场上针对机械类的虚拟仿真教学软件很多,但它们大多数都是采用键盘、鼠标等传统的人机交互操作方式,这样的交互方式因其本身的局限性,缺少现场环境因素,不能真实的展现虚拟拆装、虚拟加工等操作过程,亦无法满足使用者对逼真视觉效果和真实操作体验感的追求。近几年随着智能化技术的发展,各种虚拟硬件设备的不断完善,例如头盔显示器、数据手套等产品的逐步成熟,推动着VR行业的进步,使得沉浸式系统的开发也成为了可能。因此,将VR教学资源与VR交互硬件设备结合而开发的沉浸式教学系统将会成为虚拟教学领域的一种新趋势。课题以涉及C616车床尾座的相关知识点为基础,结合虚拟硬件设备HTC Vive与数据手套,依托于虚拟现实开发平台—Unity引擎,设计并开发了沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统。它不仅可以有效地解决了传统机械原理、互换性与测量技术基础、机械加工和机床教学中存在的问题,还能够增加学生对机械类学科的学习兴趣,提高他们对机械设计制造的实践能力,同时又能消除安全隐患,另外本课题的思路以及技术也可应用于其他教学项目的开发。结合具体的开发,本文研究了课题的形成背景及存在意义;并对虚拟仿真教学系统的国内外研究现状、虚拟现实设备的发展概要以及基于数据手套以及头盔显示器的沉浸式虚拟现实系统的国内外研究现状进行了综述。以建构主义为核心指导思想,规划了系统的开发思路;并从实现角度出发,归纳了开发平台Unity3D与HTC Vive进行系统集成时常出现的问题,并给出了解决方法。开发了C616车床尾座的VR教学资源,包括3D建模、动画制作、虚拟拆装、典型零件加工工艺仿真等,并且深入研究了VR教学资源开发过程中所涉及的关键技术,包括交互界面的设计、仿真加工动画的制作与导出、系统优化、碰撞检测技术等。此外,对基于数据手套的C616车床尾座拆装交互平台的实现进行了研究,包括数据手套与开发平台的集成、数据手套与虚拟手的运动映射、手势识别技术、虚拟手与C616车床尾座交互过程中的碰撞检测技术等。完成了基于HTC Vive的典型零件的虚拟加工平台的实现,深入研究:HTC Vive与开发平台的集成、空间定位及位置跟踪的原理、开发平台对HTC Vive数据的实时获取、沉浸式系统的图形渲染原理—即双眼看到的图像是如何产生的。本人开发的沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统,证明了虚拟教学资源与VR硬件设备的结合是切实可行的。该系统塑造了真实的教学环境,具有前瞻性和借鉴意义,能有效促进学生对知识点的深层次理解以及实践能力的增强,是机械教学模式的新突破。
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沉浸式虚拟现实

实时地感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通临其境的真实感受。能和实现方式的不同，虚拟现实系统可分为 4 大类型：实、分布式虚拟现实以及增强式虚拟现实，目前面向机桌面式居多，追其原因有二个：一是，仅以计算机屏幕其开发成本低、搭建简单；二是，从某种程度而言，与传类实习资源紧缺的困境，并能有效地解决学生因实际培但是，，随着智能化技术的发展，各种虚拟硬件设备不断套等 VR 产品的成熟，仅凭借传统的键盘鼠标的人机交拟仿真教学软件，由于没有加入现场环境，不能真实的展过程，已越来越无法满足使用者对逼真视觉效果和真实R 教学资源与 VR 交互设备结合而开发的沉浸式教学系种新趋势。一个简单而又典型的沉浸式系统的组成如图

手柄控制,零延迟,刷新率,头盔显示器

山东建筑大学硕士学位论文逐渐地延伸到了更多能够施展想象力与应用开个 VR 头戴式设备、两个手柄控制器以及两个中它的头戴显示面板部分采用了两块分辨率为到了 2160 x 1200 像素，画面刷新率高至 90乎零延迟。并且与其他类似的头盔显示器相比基座系统使得它的竞争优势显得尤为突出。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG51;TP391.9

【参考文献】