基于三维虚拟设计环境下机械产品的仿真维修训练

随着机械装备保障复杂程度的日益提高,机械产品的维修训练仍然存在着效率低、训练手段单一、成本大等缺点。然而,三维虚拟现实技术以计算机多媒体、数据库和网络等技术为依托,在IETM式的三维虚拟维修训练系统的支持下,在提高机械产品的装配维修与人员培训的效率方面显示了无法比拟的优越性,有效地提高了维修人员的维修知识和技能水平,值得被大力推广并应用。

1三维虚拟技术概念述

三维虚拟是指通过三维建模技术建立现实世界的三维场景,在一定软件环境的影响下,驱动整个三维场景,响应使用者的行为,并根据使用者的不同行为做出相应的反应,最后通过三维环境显示出来。其中动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、系统集成技术等,属于三维虚拟的关键技术。在三维虚拟设计环境下,机械维修人员可以利用三维建模实现机械产品的仿真维修训练,真实感强,可视化效果良好,能够使维修人员对机械产品和维修场景产生最直接的感受与真实的操作体验,掌握机械产品的正确使用、维修方法,提高维修人员的维修质量和效率,降低训练成本,从而有效地推进机械模拟训练的现代化发展。

2总体研究方案

在三维虚拟设计环境下,机械人员可利用基于IETM式的三维虚拟维修训练系统在一个通用虚拟维修训练仿真环境中对维修人员进行教学培训和模拟训练,然后通过可视化仿真技术对机械产品的三维模型进行解析、导入和显示,并将机械产品的各个模型部件放入仿真平台中进行参数化设计,然后仿真平台可通过实时的状态记录功能,记录一个完整的虚拟装配流程,此时维修人员可借助直观的观察方式对模型部件进行交互控制,最后完成对模型部件的检查、拆卸和装配。三维模拟维修系统通过逼真的三维模型和交互式的显示效果,为维修人员提供了一个可以进行仿真维修训练的平台,从而实现基于三维模拟设计环境下机械产品模型部件的仿真维修训练过程。

3系统设计思路

三维模拟维修训练系统是由三维虚拟装配软件界面、三维动画录制、数据文件、三维模型渲染引擎、日志文件等功能构成,以ActiveX形式嵌入TETM系统,并在系统中设置链接信息,从而系统可实现交互式操作。在交互式界面中,用户可利用界面选择模型制作三维动画、培训资料,并利用三维模型渲染引擎对三维模型进行刷新和显示。

从系统的使用方面来说,该系统大概有这六方面的功能:对三维模型进行导入和解析、进行三维绘制、进行三维空间操作、录制动画、播放三维动画、进行三维培训。通过导入和解析模型文件能够使系统获取完整的数据信息,然后将模型文件放至仿真平台进行显示控制,采用鼠标、键盘等工具对模型文件进行空间操作,并记录每个操作的工作状态,连贯成完整的操作流程,利用三维动画帧文件进行动画播放。另外在此过程中,操作人员可以利用三维培训加强对模型的仿真维修训练,加深对机械模型的理解和掌握。

4关键技术

在三维虚拟设计环境下,基于IETM的三维虚拟维修训练系统的设计有几下关键技术。

(1)三维渲染引擎技术。

三维图像渲染引擎是由多个图像子系统组成,以实时计算、物理模拟、映射技术等方式为基础,为三维图景中的场景、人物、动画等视觉模型的图形表现、运行效率等提供技术支持,然后获得多种图形的一种表现形式。

该系统主要采用三维渲染引擎Ogre。这种图形渲染引擎以C++程序为依托,可让开发者更简单直观地开发出基于三维硬件设备的应用程序和游戏。当三维模型建立后,开发人员将渲染的对象放入渲染队列,然后渲染队列自动划分渲染对象,排列模型的渲染次序。

(2)模型解析技术。

导入三维模型是进行三维仿真维修训练工作的基础工作,只有完全解析模型文件,才能正确将模型文件及该系统需要的模型资源导入到三维虚拟环境中,确保用户对任意对象进行自主控制,维持模型文件的显示效果。等到模型解析完成后,该系统会自动输出场景文件、资料文件、纹理贴图、光源等,用户就可以按照需要对模型文件进行拆卸、维修和装配。

(3)模型控制与动画实现技术。

在该系统下,用户可通过操作鼠标控制仿真平台上显示的模型,同时可通过数据驱动模型运动,生成对应的动画效果,然后用户可通过关键帧的方式记录自己的操作步骤和具体细节,如模型部件位置变化、角度旋转、视角转换等,并保存为特定格式的动画文件。在播放三维动画的过程中,为了保证操作演示过程的清晰流畅,设计人员可在设计过程中添加相关的提示信息、问题设置等,并结合三维模型的相关演示实现完整复杂的逻辑流程。

5结语

综上所述,在三维虚拟设计环境下,可利用基于IETM式的三维虚拟维修训练系统实现对机械产品的仿真维修训练。与传统的维修训练相比,该系统从装备维修训练的实际情况出发,通过仿真平台将三维模型直接运用于机械产品的操作演示、维修维护和人员培训上,不仅可以提高机械产品的质量,而且可以降低机械产品维修使用的费用成本,对机械维修有着积极的促进作用。

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