应用虚拟现实技术提升工科实训效果探索与实践

傅 骏，陈 庚，米宪儒，廖先强，邓鹏玲

（四川工程职业技术学院 材料工程系，四川 德阳 618000）

随着工业技术的快速发展，人类的需求已经从生存上的需求快速向情感的需求转变，因此，21世纪全球经济已经进入体验经济的全新时代。虚拟现实（Virtual Reality，VR）正是体验经济的核心支撑技术。VR技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。

为了提升工科实训效果，项目组选择型砂强度机实训项目，利用万维引擎开发了智能型砂强度试验机VR实训作品，达到了良好的效果。

1 项目意义

造型材料检测实验室拥有无锡三峰生产的XQY-II智能型砂强度机，该仪器可以检测型砂的强度，包括抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度。

在以往的教学过程中，指导教师在实验室指着智能型砂强度机给学生讲解仪器结构、试验步骤、注意事项，然后学生分组操作进行实训。但这样也存在一些很明显的弊端：多个学生围在老师周围，并不是每个学生都能听清老师的讲解；对于步骤较多的操作环节，学生听一遍也记不住；判断仪器出现了故障及其排除措施，老师在现场更是无法进行讲解。

项目组经过比较，采用杭州万维镜像科技有限公司开发的万维引擎，制作了智能型砂强度的VR实训作品，以有效克服上述实训过程中的弊端。

2 开发流程

项目组采用的VR实训作品开发流程是建模、制作、发布。

2.1 建模

这需要根据砂芯强度机实际的尺寸并按照一定的比例，通过专业的三维建模工具，来搭建出具有与实物外观尺寸一致的仿真对象，同时还要考虑机器在运转过程中的运动规则、环境等要素[1]，这个环节是虚拟现实的前提。在UG中绘制三维图形并装配，导入开发软件转成.fbx。

图1是在UG中绘制三维模型装配图。绘制完成后，菜单“文件/导出/stp”，导出为“造型材料实验室.stp”。

图1 在UG中建模并装配

将“造型材料实验室.stp”导入开发软件，进行贴图、设置尺寸单位等操作，转成.fbx，复制到万维引擎的Assets目录下。

2.2 制作

在万维引擎中制作VR作品的主要步骤有以下3方面。

2.2.1 模型的渲染

简单地说，模型的渲染就是把通过三维软件搭建好的模型根据实物特征进行着色，其目的是使模型具有逼真的视觉效果，包括其材质效果、灯光效果、物体表面质量与反射效果、物体透明与折射效果等。这个过程对于虚拟仿真来说，是一个关键步骤。

2.2.2 场景布置

模型导入到场景Scene后，在Scene中进行方位的调整，包含旋转物体、平移物体、缩放物体的操作。这是实现虚拟模拟的关键，在这个过程中，需要充分地将虚拟场景与现实相结合，以一个虚拟体验者的角度去调整主相机、焦点相机、漫游相机等视觉，以达到观察者的视觉习惯为目的。

2.2.3 强度机操作流程开发

万维引擎的主要功能有：Camera相机功能、Tips语音功能、CURSORMOVE小手移动功能、Excel运动功能、3DMAX运动功能、PROGRAM运动功能、XIAN引出线功、PIP画中画功能、TRIGGER触发功能、PICTURE图片功能[2]。万维引擎的PROGRAM运动功能设置界面如图2所示。

图2 万维引擎的PROGRAM运动功能设置界面

万维引擎的特长是采用Excel表格的形式制作VR作品，避免了用户进行程序开发。同样的功能，既可以在图2所示的界面中设置，也可以直接填写Excel表。

图3是设置Camera相机功能的Excel表。

图3 设置Camera相机功能的Excel表

图4是完成后的智能砂芯强度机VR作品界面。

图4 智能砂芯强度机VR作品界面

制作完成后，进行发布，得到.exe文件，该作品可以在PC端和VR设备中运行。该作品参加“2018一带一路暨金砖国家技能发展与技术创新大赛/VR赛项”获得初赛二等奖，进入了决赛。

3 结语

智能砂芯强度机是铸造行业中所用仪器之一，主要用于制造砂芯、检测铸造用砂芯的抗拉、抗压、抗剪强度等，因其重要作用而在铸造行业中占据关键地位。通过制作VR作品，针对以往智能型砂强度机实训过程中存在的弊端进行了改进，提升了实训效果。

VR技术不仅能够提高企业的生产效率，缩短产品的生产周期，还能降低生产成本，提高设计质量。机械与虚拟现实技术的关系必将会变得更密不可分，而机械生产也定会随着虚拟现实VR技术的不断完善与进步变得更加高效。