基于HTC VIVE车床CA6140虚拟教学系统的研发

发布时间：2020-07-20 11:29

【摘要】：随着计算机性能及各方面应用技术的提高,虚拟现实技术(Virtual Reality Technology,简称VR技术),已成为当下最热门的技术之一,尤其2016年更是被定义为VR元年。由于虚拟现实技术具有3I特性:沉浸感(Immersion)、交互性(Interactivity)和构想性(Imagination),使其继多媒体、计算机网络之后,成为在教育教学培训领域内最具有应用前景的技术。另外,国家“十三五”规划也号召深入推进信息技术与高等教育实验教学深度融合,不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用,着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平。鉴于此,本文以建构主义理论为指导思想,利用虚拟现实技术,以车床CA6140为原型,应用3D建模技术建立车床模型,借助Unity3D引擎开发平台进行环境搭建和车床交互设计,研发了一套基于HTC VIVE桌面式车床CA6140虚拟教学系统,硬件展示设备选择当下流行的HTC VIVE头盔和手柄。与传统通过鼠标和键盘完成交互设计的桌面式虚拟仿真教学软件不同之处,该系统不但具有良好的人机交互性,还具有理想的沉浸性与构想性。本课题研究的主要内容包括以下几个方面:(1)简单介绍了课题问题提出和研究意义,分析了国内外有关车床虚拟仿真教学系统的发展现状,确立了课题目的和研究内容。(2)根据系统理论指导思想确立了系统开发工具的选择,系统结构及开发设计(包括系统结构组成、系统开发流程和系统实现功能)。(3)借助三维建模软件实现了对车床模型建立,深入研究了三维几何建模在计算机中存储状态、SolidWorks建模技巧和装配过程、3ds Max建模技巧和模型优化处理的原则及方法,基于关键帧制作车床动作,将模型由3ds Max载入Unity3D方式和注意事项,Unity3D粒子系统特效在车床切削加工中的应用等。(4)对系统开发过程中的关键技术进行了研究,主要有:基于HTC VIVE虚拟环境的构建,Lighting House定位原理,手柄射线脚本控制碰撞检测,交互UI互设计,Unity3D环境光设置,虚拟车削加工过程和单机版到局域网的实现。(5)在开发平台Unity3D中开发并实现了沉浸式车床虚拟仿真教学系统,包括车床结构认知、刀具认知和附件认知,使用手柄控制模型的拆分、组装、旋转等,选取典型的零件表面进行虚拟安装和机械加工演示。(6)发布.EXE可执行文件,安装HTC VIVE硬件,然后进行系统测试并完善系统功能不足之处,最后完成整个基于HTC VIVE车床CA6140虚拟教学系的研发。
【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
【图文】：

知识教学,老师

山东建筑大学硕士学位论文第 2 章 HTC VIVE 车床 CA6140 教学系统的总体设计理论指导思想主义是关于人们如何学习知识的理论[15]，它强调学习者自身的主动学习是学习者根据自己已有的知识经验，对新知识进行认识和理解，理论体系[16]。在教学过程中建构主义要求以学生为中心，以教师为桥环境下，学生自主完成对新知识的学习，教师不再是简单的将知识“灌为帮助者和引导者[17]，学生、老师和知识的关系如图 2.1 所示。

手柄,基站,建构主义思想,学习能动性

基于建构主义下学生、老师和知识教符合建构主义思想，将课堂真正助的作用，这样不仅可以解决学强他们学习能动性、主动性和目放出来，做到：师者，授业解惑 HTC 公司和 Valve 公司合作共搭配两个无线控制器（一对输入捕捉技术，如图 2.2 所示。

零件图,沉浸式,车床,结构组成

图 2.3 基于 HTC VIVE 沉浸式车床虚拟教学系统的结构组成统开发流程流程主要分为五个板块：①模型建立②界面设计③视频制作④系统开C VIVE 搭建。选择以常见的卧式车床 CA6140 加工设备为原行，根据实操作并拍摄现场视频以及零件图纸为依据，将车床、棒料、工具及生型建立，模型建立完成之后在 3ds Max 进行优化处理和动作制作。交、凹凸贴图、视差贴图等用 Photoshop 软件设计。使用 AE（AdobeAfte相关视频的制作,Unity3D 内置只支持 OGV 和 OGG 格式的视频文件的扩展让其播放 MP4 和 AVI 格式的视频。开发平台选择 Unity 3D ，建，模型摆放、大小调整，美工效果制作等，程序编写工具选择 Visu选择当下比较流行的 C#。安装设置 HTC VIVE 硬件和插件，进行相运行环境。具体开发的流程如图 2.4 所示。

【参考文献】