汽车检测线虚拟仿真实验教学系统设计研究

陈清奎 李昊 魏鑫鑫 刘怡婧 朱海轮

摘要：汽车检测线上检测技术的学习是车辆相关专业的必修课程，实训课程更是不可缺少的重要环节。然而传统实训课程受制于场地的分散、指导教师的缺少等劣势，导致理论课程的知识与实训内容的脱轨，学生无法将理论知识应用到实际操作中，该系统以虚拟现实技术为支撑探索创建线上实训教学系统，在进行实地实验课程之前首先在线上对汽车各检测技术进行预习认识和交互操作，以三维立体模型的展示加深学生对原理的认知和实操方法的实施，使理论知识更好的对接到实际操作中。

关键词：汽车检测技术;虚拟现实技术;三维立体模型;交互

中图分类号：TP3-05 文献标识码：A

文章编号：1009- 3044（2019）34-0076-02

据教育部关于深化本科教学改革的细则中明确指出要高度重视实践环节，提高学生实践能力，培养学生的实际动手能力[1]。汽车检测线作为对汽车的安全、性能、环保进行检测的自动化流水线，是车辆专业汽车故障检测技术等学科不可或缺的实践教学环节。传统实验教学在某些方面频频出现不适应时代发展的弊端，这些弊端在很大程度上阻碍了大学生实践学习的积极性，限制了学生创新性的发挥[2]。在汽车检测技术课程的实验教学上更是体现了复合型教学缺乏，部分教师在课上直接通过课本来向学生讲授汽车故障诊断工具、各种各样的故障现象等知识，但这样学生只能抽象地接触原本就形象具体的知识，导致理论知识的学习和实践环节脱节，理论知识应用不到实践当中[3]。基于此，本系统结合多媒体技术、网络技术，通过建立三维立体虚拟环境，在电脑上人机交互操作实验，将实际中肉眼看不到的细节以虚拟环境中“视”不可挡的第一视角优势观察学习实际中的各种检测技术[4]，进行软件交互，大大提高了学生对实践的兴致，提高学生对各种检测技术原理的认识和检测方法的实施，使理论知识真正结合到实践中。

1 系统的整体设计

1.1 主要检测模块

根据《汽车检测与故障诊断技术》学科的教学内容，并结合企业实际检测过程中所用到的其他检测手段，设定该《汽车检测线虚拟仿真实验教学系统》主要检测模块为车速表检测、废气和烟度检测、外观和底盘检查、前照灯检测、喇叭声级检测、侧滑量检测、制动力检测、轴重检测、底盘测功检测、车轮转向角度检测、悬架系统检测[5]。

1.2 场景漫游与设备认知

由于该系统是在电脑上操作的，最基本的交互操作莫过于鼠标和键盘，实现在计算机环境中的漫游。设计以右键控制视野的旋转，滑轮控制视野的上下移动，键盘的“W、A、S、D”和方向键控制视野中场景的前进、向左、后退、向右移动。首先在unity中edit的projectsettings的input中设置好输人类型，继而在与unity连接的脚本编辑器visualstudio中用Input类来检测输入状态，例语句Input. GetAxis（“MouseX”）获取鼠标的X轴移动速度;Input.GetMouseButtonUp（0）“0”代表按下鼠标左键，“1”代表按下鼠标右键，“2”代表按下鼠标中键;Input.G etKey（Keycode.UpArrow）按下上键。在每一个检测台区域建有三维的检测设备模型，并当跟随摄像机漫游到某一检测台区域内，该区域配合高亮显示，以此加深对检测设备的认识。

1.3 制作检测原理动画

本系统中的一些检测模块采用展示检测原理动画的方式，制作动画时在3Dsmax中对场景中的物体通过Set Key改变不同时刻的位置状态，根据原理的演示时长修改动画的帧数。将动画导人unity中需注意，在导出FBX格式的面板中将Animotion（动画）和EmbedMedia（烘焙动画）勾选上，否则动画在unitY中不能正常运行。

2 系统的开发

2.1 系统的研究开发步骤

《汽车检测线虚拟仿真实验教学系统》的研究开发步骤为：1）三维模型的建立，按比例绘制车间和设备的模型;2）系统UI的设计，对各检测模块的面板设计，以及提示窗口设计，根据提示辅助操作，以此提高操作的体验;3）模型的贴图、导入动画的后期处理，采用专门的软件处理，完善其呈现效果;4）交互功能的实现，设计可以点击界面按钮触发动画播放等功能，将按钮和内容链接起来;5）系统的试运行和平台的发布，在unity平台上试运行系統，检查是否符合功能要求，最终将系统发布到Windows、Android等格式的平台上。

2.2 系统关键技术的实现

2.2.1 模型处理

对于模型的创建，通用的三维建模软件都可以，但是对于非3Dsmax软件的其他建模软件需要转换格式导人到3Dsmax中，因为最终将模型导人unity3D时，需要在3Dsmax中导出.FBX格式。由于本系统是以展现其整体效果为主，建模不需要太精确，而且为了高度仿真需要赋予模型材质、进行贴图处理以及灯光渲染，所以系统采用在这些要求中具有优势的3Ds-max软件建模。将内置渲染器改为Vray渲染器，渲染效果出众，不用布置过多的灯光，减少模型文件大小。

2.2.2 物理属性的添加

物理属性是自然属性的一种，是系统高度仿真化的重要元素，其带来的碰撞反馈是交互作用发生的前提。在unity中物理系统最常用组件Rigidbody（刚体）和Collider（碰撞器），通过给场景中的Gameobj ect添加这两个组件实现真实环境的碰撞效果。本系统中车间厂房模拟现实静止不动，因此在Rigidbody中要取消勾选use gravity。以带有Collider组件的Maincamera为漫游主体碰撞到场景中带有Rigidbody和Collider的车间和设备时调用VisuaIStudio脚本中的MonoBehaviour.OnTriggerEnt-er/Stay/Exit0语句激活触发命令，随后调用MonoBehaviour. On-ColliderEnter/Stay/Exit0语句激活碰撞命令。

2.2.3 unity3D中界面的制作

界面的制作有利于功能的演示，很大程度上决定着用户体验，在Hierarchy里创建panel面板组件，在scene中通过移动其内置UI组件的容器Canvas（画布）的锚点来确定参考位置，改变panel相对于锚点的位置来改变panel在场景中显示的位置，在Canvas带有的CanvasScaler组件中调整所需设备屏幕的分辨率、宽高比等，然后在panel的Inspector（属性）列表里出现的im—age组件中给他设置一个颜色作为面板的背景。每一个检测模块对应一个button（按钮），在panel中创建UI元素button，在but-ton中自带的text组件中修改其显示内容为各个检测模块的名称，在Inspector中的button.script组件中设置按钮的响应效果，本例鼠标悬停在button上时颜色高亮改变。

2.2.4 button控件事件

通过点击button控件响应所属检测模块的检测原理动画和互动实验的操作。采用button的事件触发系统，在button的Inspector中的OnClick0-栏中点击“+”添加按钮被按下的事件，然后添加C#脚本，编写按钮事件，响应事先做好的原理动画事件，而对于鼠标操作进行实验的模块，将操作对象物体添加到OnClick中，然后对该物体编写点击后的响应事件，最后将脚本拖人OnClick0中完成事件脚本的添加。

2.3 系统的平台发布

Unity3D支持多个平台的导出，点击File→Buid Settings选择需要发布的平台。对于PC平台，直接选中并点击Build按钮，即可生成exe文件，对于Android平台，还需安装Java-JDK和Android-SDK工具。

3 系统应用

该《汽车检测线虚拟仿真实验教学系统》是基于PC平台操作的。

1）双击运行软件，弹出初始配置窗口，在Graphics -栏设置分辨率、显示方式、图形质量，在Input中了解操作方式。

2）在进入界面中可以进行场景漫游操作，点击互动实验按钮进入检测模块实验界面，如图2所示，继而进行各种实践模块操作。

3）以车速表检测模块为例，点击车速表检测按钮，播放检则原理动画，点击图中油门按钮，互动操作实验。如图3所示。

4 结束语

该系统将汽车检测线中的故障检测技术以虚拟模块化的方式在电脑上呈现，结合虚拟现实技术通过极度仿真的三维立体模型展示檢测原理和实验互动操作，极大提高了学生对检测技术的原理认识和操作方法的掌握。通过线上实训系统的学习，搭建了理论知识和实训课程相连接的桥梁，加深学生对理论知识的理解和在实际中应用的能力。

参考文献：

[1]教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见[J].中国大学教学，2007（3）：9-11.

[2]白秀娟.高校传统实验教学模式改革的必要性[J].高校实验室工作研究，2018（2）：11-12.

[3]浅谈虚拟技术在汽车故障诊断与检测中的应用[J].科技信息，2011（11）：10116-10117.

[4]张守足.《汽车检测与故障诊断技术》课程教学改革思考[J].才智，2018（3）：138.

[5]张建俊.汽车检测与故障诊断技术[M].北京：机械工业m版社.2019.

【通联编辑：李雅琪】