基于VR技术的热力管网设备维修维护培训系统开发
发布时间：2021-09-03 23:32
热力管网是指从热源通往建筑物热力入口的供热管道的集合,由于其内部包含泵、换热器、阀门、管道等多种设备且种类繁多,因此传统的实地培训方式已无法满足当前的需求。当今社会随着虚拟现实技术的广泛发展,国内外大量企业与研究机构开始运用VR技术开发并完成了产品的虚拟展示、拆装、维修维护、制造、性能分析、培训等工作,在这种背景下,本文以石家庄某热力管网为研究对象,提出了“基于VR技术的热力管网设备维修维护培训系统开发”的课题。本课题以SolidWorks、Cinema 4D及Unity3D引擎作为开发工具,结合C#和VeryEngine编程工具完成了以下研究及系统开发工作:（1）构建了热力管网仿真培训系统总体框架;（2）对热力管网设备组成及其关键设备进行了总体结构、工作原理及其维修维护工艺的研究;（3）对虚拟仿真培训系统关键技术,如虚拟场景环境搭建、零部件高亮显示、视角转换、碰撞检测、鼠标拖动、画中画显示、交互式拆装、语音提示、粒子特效、用户注册、成绩报告输出等技术进行了研究与实现;（4）进行了热力管网关键设备的虚拟维修维护培训系统开发的脚本制定;（5）完成了关键设备的三维建模、虚拟仿真优化处理、拆...
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SolidWorks用户操作界面
82.1.2Cinema4D模型处理软件在使用SolidWorks完成热力管网设备模型的创建后，需要对模型进行预处理，包括材质贴图、破面处理、统一轴心等操作，以保证模型的真实性和准确性，最后制作设备拆装及维修维护相关动画，并导入Unity3D之中进行后续系统的设计。常用影视后期处理软件有C4D、3DSMax、Maya，与3DSMax和Maya等其他同类软件相比较，C4D的操作界面更加简洁，更适合新手学习，能够帮助设计者快速完成开发任务，因此选择C4D作为模型预处理及动画影视制作的软件。Cinema4D（简称C4D）是由德国MAXON公司研发的一款综合型的高级三维绘图软件，近年来在国内设计领域逐渐流行。软件自身拥有极高的运算速度和渲染插件；丰富的材质球库能够满足用户对各种材料的需求；其自带的预置库具有强大的功能，设计人员可以快速的从中选择所需的模型、贴图、环境、动力学等。C4D能与多款软件完美兼容，从外部导入的模型均可被直接利用，且模型不会出现损坏[62]。图2-2为C4D用户操作界面。图2-2C4D用户操作界面2.1.3Unity3D系统开发平台本课题主旨在于根据用户对培训系统的需求，通过虚拟现实技术设计出操作相对简单且拥有一定的交互性的热力管网设备维修维护培训系统，以此来提升企业的维修维护培训质量和效率。目前虚拟现实的开发方式种类繁多，不同开发方式其优缺点也各不相同，但大体上使用较多的主要是两种开发方式。第一种是通过计算机基础语言和开放图形库相结合的方式进行虚拟现实系统的开发，这种方式的优点是
9能够跨平台编程，并且拥有极强的通用性和执行效率；缺点是对研发人员的编程能力要求高，需要编写大量的代码来实现模型的建立、渲染和运动等，同时界面功能开发不强，且效果一般缺乏美观性。在开发过程中大量代码的编写容易造成代码之间的耦合，加大了编程人员的工作量。第二种是利用虚拟开发引擎进行虚拟现实系统开发的方式，这种方式主要是通过第三方软件优先对模型进行预处理，然后将其导入到虚拟开发引擎当中完成系统开发。优点是虚拟开发引擎通用性强，能够兼容多种软件模型；且在保证较高集成度的情况下减少了系统开发的周期。综上所述，选择第二种虚拟现实系统开发方式，在满足系统功能需求的情况下能够减少开发周期，降低开发难度。在此，选择当前十分热门的虚拟开发引擎Unity3D作为系统开发的主要工具。Unity3D是UnityTechnologies公司所推出的一款多平台的综合型的虚拟仿真引擎，同时也是一款性能稳定开发高效的虚拟仿真软件[63]。Unity3D是利用交互的图形化开发环境为首要方式的软件，它的编辑器可在Windows、Linux、MacOSX等系统环境下运行。Unity3D在进行游戏开发的同时也多次作为虚拟现实开发平台被广泛运用，该软件通过使用NVIDIA的PhysX物理引擎能够高效率的[64]制作出逼近真实的物理显示效果和多彩的场景；自带的粒子系统让开发者简单高效的完成特效的开发[65]；同时对硬件的需求也不高；软件自身附带的UGUI模块为界面的编辑提供了方便，大大降低了界面开发难度。Unity3D用户操作界面如图2-3所示。图2-3Unity3D操作界面2.1.4C#编程语言Unity3D的程序编辑器可以兼容C#、JavaScript、BooScript等三种编程语言，但
本文编号：3382088
【文章来源】：河北科技大学河北省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SolidWorks用户操作界面
82.1.2Cinema4D模型处理软件在使用SolidWorks完成热力管网设备模型的创建后，需要对模型进行预处理，包括材质贴图、破面处理、统一轴心等操作，以保证模型的真实性和准确性，最后制作设备拆装及维修维护相关动画，并导入Unity3D之中进行后续系统的设计。常用影视后期处理软件有C4D、3DSMax、Maya，与3DSMax和Maya等其他同类软件相比较，C4D的操作界面更加简洁，更适合新手学习，能够帮助设计者快速完成开发任务，因此选择C4D作为模型预处理及动画影视制作的软件。Cinema4D（简称C4D）是由德国MAXON公司研发的一款综合型的高级三维绘图软件，近年来在国内设计领域逐渐流行。软件自身拥有极高的运算速度和渲染插件；丰富的材质球库能够满足用户对各种材料的需求；其自带的预置库具有强大的功能，设计人员可以快速的从中选择所需的模型、贴图、环境、动力学等。C4D能与多款软件完美兼容，从外部导入的模型均可被直接利用，且模型不会出现损坏[62]。图2-2为C4D用户操作界面。图2-2C4D用户操作界面2.1.3Unity3D系统开发平台本课题主旨在于根据用户对培训系统的需求，通过虚拟现实技术设计出操作相对简单且拥有一定的交互性的热力管网设备维修维护培训系统，以此来提升企业的维修维护培训质量和效率。目前虚拟现实的开发方式种类繁多，不同开发方式其优缺点也各不相同，但大体上使用较多的主要是两种开发方式。第一种是通过计算机基础语言和开放图形库相结合的方式进行虚拟现实系统的开发，这种方式的优点是
9能够跨平台编程，并且拥有极强的通用性和执行效率；缺点是对研发人员的编程能力要求高，需要编写大量的代码来实现模型的建立、渲染和运动等，同时界面功能开发不强，且效果一般缺乏美观性。在开发过程中大量代码的编写容易造成代码之间的耦合，加大了编程人员的工作量。第二种是利用虚拟开发引擎进行虚拟现实系统开发的方式，这种方式主要是通过第三方软件优先对模型进行预处理，然后将其导入到虚拟开发引擎当中完成系统开发。优点是虚拟开发引擎通用性强，能够兼容多种软件模型；且在保证较高集成度的情况下减少了系统开发的周期。综上所述，选择第二种虚拟现实系统开发方式，在满足系统功能需求的情况下能够减少开发周期，降低开发难度。在此，选择当前十分热门的虚拟开发引擎Unity3D作为系统开发的主要工具。Unity3D是UnityTechnologies公司所推出的一款多平台的综合型的虚拟仿真引擎，同时也是一款性能稳定开发高效的虚拟仿真软件[63]。Unity3D是利用交互的图形化开发环境为首要方式的软件，它的编辑器可在Windows、Linux、MacOSX等系统环境下运行。Unity3D在进行游戏开发的同时也多次作为虚拟现实开发平台被广泛运用，该软件通过使用NVIDIA的PhysX物理引擎能够高效率的[64]制作出逼近真实的物理显示效果和多彩的场景；自带的粒子系统让开发者简单高效的完成特效的开发[65]；同时对硬件的需求也不高；软件自身附带的UGUI模块为界面的编辑提供了方便，大大降低了界面开发难度。Unity3D用户操作界面如图2-3所示。图2-3Unity3D操作界面2.1.4C#编程语言Unity3D的程序编辑器可以兼容C#、JavaScript、BooScript等三种编程语言，但
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