基于Unity 3D的新能源汽车拆装虚拟仿真

秦彩宁

摘 要：本文将详细介绍Unity 3D的主要构成，并展示了新能能源汽车内部发动机拆装虚拟仿真的设计框架，并通过建立三维模型、设计界面按钮、展现三维视景及实际拆装设计来显现出拆装虚拟仿真的功能与实践性，促进汽车行业整体发展。

关键词：Unity 3D 新能源汽车 拆装虚拟仿真

Virtual Simulation of Disassembly and Assembly of New Energy Vehicles based on Unity 3D

Qin Caining

Abstract：This article will introduce the main components of Unity 3D in detail and show the design framework of the virtual simulation of the internal engine disassembly and assembly of the new energy vehicle. Through the establishment of a three-dimensional model， design interface buttons， display of the three-dimensional scene and actual disassembly and assembly design， the function and practicality of virtual simulation of disassembly and assembly will be promoted， and in turn promote the overall development of the automotive industry.

Key words：Unity 3D， new energy vehicles， virtual simulation of disassembly and assembly

1 引言

在制造业与制造技术快速发展的带动下，汽车行业的发展也迈向新轨道，新能源汽车的内部发动机在Unity 3D平台虚拟仿真的影响下，展现出其内部构造与独特功能，利用模拟开展拆装工作不仅有助于提升工作效率，还能降低拆装成本。

2 Unity 3D的主要构成

Unity 3D属借助虚拟现实开发的一种多平台、综合型工具，其内部包含的内容有实时三维动画、可视化建筑及三维视景仿真等，也代表了专业性、全面性的虚拟现实引擎。该引擎带有诸多功能，比如，跨场景运用Prefab设备、专业编辑多区域地形、采用高效率路径、性能极强的灯光照明与形态各异的专业引擎等。运用Unity 3D可借助物理引擎，其不但能给用户带来极大便利，还会将诸多现实场景用虚拟技术展现出来，该类场景的逼真性极强，其应用在虚拟仿真系统中更易开发出虚拟环境。

3 新能源汽车中拆装虚拟仿真的设计框架

随着汽车行业的逐渐发展，新能源汽车成为了该产业的主要代表，为了解其内部发动机的内部构造，其虚拟拆装系统运用了Unity 3D技术，通过其与三维建模软件的结合，看到了发动机的拆装过程，借助其虚拟演示掌握其多项训练功能。

具体来说，Unity 3D平台中的虚拟拆装系统包含元数据模型、数据库、Unity 3D服务、应用层及表现层等。借用Unity 3D可处理多类三维模型，利用该平台可成立三维仿真系统，其有着高视觉效果、高质量的特征。多类脚本语言都可使用在Unity 3D平台上，其最为重要的脚本语言为C#。

针对数据库与元数据模型，Unity 3D平台中的设备可通过将文件集合的方式存储关键性数据，并建立相应数据库，在该平台内数据库可主要分成业务数据库与场景数据库。业务数据库内的元数据多为发动机内部零件拆装的实际顺序;而场景数据库内的元数据主要有各类声音、材质与3D建模等。对于Unity 3D服务来说，其代表着系统内部的运行逻辑，主要囊括了动作触发、声音控制、相机控制与模型整体的缩小放大移动等。若想应用该界面中的多项功能，用户只需在其对应的界面上按下按钮即可。

在应用层中，其能清晰地显示出系统中的业务逻辑，通过Unity 3D平台可对发动机进行虚拟拆装，在开展此项工作的过程中操作数据信息会显示在表现层，而表现层内主要展现了模型特效、用户声音与用户界面等。通过掌握Unity 3D平台中虚拟仿真的设计框架，将有助于试验人员开展发动机拆装虚拟仿真的研究[1]。

4 新能源汽车内拆装虚拟仿真的功能与实践

4.1 建立三维模型

一台发动机的构成含有诸多零件，如机架、机座、气缸体、凸轮轴、气缸盖、气缸套与活塞组件等，试验人员可使用分层建模法来展现发动机的内部系统，具体来说，发动机的内部系统可分成五层，如冷却系统、润滑系统、燃油供給系统、点火系统与起动系统等，在每一层都要将同一时间会拆装的零件组合起来，以便于后期的制作与模型的美观，例如，在拆装螺钉的过程中，可将盖体相同的螺钉进行拼接，在统一命名后应立即保存。

4.2 设计界面按钮

在设计发动机虚拟拆装系统的界面前，试验人员需开展界面按钮的设计工作，其具体的创建流程为其一，创设一个全新的脚本程序，将其命名为MainMmenu，并建立相应函数，如OnGUI;其二，在全新的脚本内加入myGUI变量;其三，在GUI函数中的下一行设置一个控制按钮，即Button，把控制按钮的实际解释放到if语句内，在系统开始运行时按下该按钮，而if语句要返回到上一行，if的代码需被执行;其四，运用GUI.Font与GUI.Background两个控制调整按钮适时更换字体颜色与界面的初始背景，并借助按钮退出该系统[2]。

4.3 实现三维视景

为更好的实现三维视景，试验人员借助Unity 3D平台中的属性窗口常设全新的Layer，并为其取一个对应的程序名，如“enginedisplay”，而其对应的属性窗口也要更改为相同的程序名稱，即“enginedisplay”。同时，试验人员还要再设立一个Camera，并将其内部属性中的Clear Flags更换我Depth only，再将Depth设定为相应的数字1。对于系统内部的Culling Mask可将其更改为“enginedisplay”，在Camera的主菜单中删除“enginedisplay”，适时调整摄像机的内部属性，改变发动机的内部模型，则三维视景即可在UI界面中出现，为增强其舒适度，试验人员可适当调整其大小与位置，从而使发动机内部构造的显示更为清晰，保证三维效果。

4.4 发动机的拆装设计

在进行虚拟拆装的过程中其应依照产品设计的精度特性、形状特性，运用三维模型将产品的装配过程展现出来，并利用用户交互法来控制与模拟产品的装配。新能源汽车中的发动机拆装大多运用Unity 3D平台，试验人员可将搭配好的拆装顺序导入数据库，并借助C#脚本严格控制发动机内部各项零件的运动，利用三维模型将真实拆装过程展现出来。

4.4.1 展现拆装动画功能

在完成发动机的拆装设计后，试验人员可查看其内部的动画功能，该功能主要借助Unity 3D平台中的Tween功能，在该功能的带动下其包含多类动画类型，如大小、透明度、高度、宽度、位置与颜色等。利用Tween功能还可实现发动机零件运动，试验人员要在脚本中设定其运动过程中的前后位置坐标，继而可将零件整体的运动轨迹展现出来。为使拆装效果更加真实，在发动机零件的模拟运动中还需在其运动轨迹上设定重力加速度，在完成脚本的调整后其运动轨迹可呈现消失状态，在该阶段发动机零件拆装过程的动画也能借助该界面展现出来，在此过程中，试验人员应不断调整三维模型的内部参数，从而使数据信息更为准确，模拟效果更加真实。

4.4.2 实现人机交互

在控制人机交互的过程中，试验人员也需不断控制发动机零件的拆装工作，借助UI界面内的Button按钮开展控制工作，每一个按钮都只能控制对应的零件的分解与拆卸。同时，借助Unity 3D平台中的OnClick函数能高效控制动画脚本的执行力度，而拆装系统的展示可利用触屏显示器，操作人员在进行发动机的控制与拆装时可采用对应的按钮来完成[3]。

4.4.3 展示有序拆装功能

为显示拆装功能的有序性，试验人员可将发动机内部的各个零件名称纳入Unity 3D平台中，一般来讲，若想组成一套完整的、性能优质的发动机，其内部零件的组成顺序十分重要且关键，只有正确组合才能保证该发动机的正常工作。在拆装发动机内部零部件的过程中其不但步骤复杂、工序较多，还要保证顺序的正确，因此，给操作人员带来了极大的难度，但若能运用三维动画模式将整套过程演绎出来，将极大缩减拆装，也提升了拆装工作的精准度。在进行试验前，试验人员需将正确的拆装顺序与各项零部件名称录入三维模型中的数据库，并适时导入Unity 3D平台，由于每个发动机零件都会在数据库中带有独特的ID，利用C#脚本编码将其内部数据处理成数组形式并及时读取其发动机零件的内部ID，在将该模型进行变色处理后，需立即点击相应按钮开展零部件拆装工作，而该模型颜色变化的顺序也要与零部件拆装顺序相同。在进行多次拆分试验后，其发动机曲柄连杆的拆分顺序为曲轴、活塞组与连杆组，而针对活塞组，其正确的拆分顺序为卡环、活塞、活塞销、气环与油环;而衬套、螺栓、连杆与连杆轴瓦为连杆组正确的拆分顺序，在完成相应设置后，其拆装动画可在显示屏中展示出来，为使其拆分动作与过程更加形象、逼真，试验人员可适当变换颜色与大小，从而提升发动机拆装工作的整体效率。

4.4.4 虚拟仿真的特点

一方面，传统发动机在进行拆装的过程中要及时固定场地，在开展现场拆装时大约要用到4-5名专业性极强的技术人员，在其协作完成的过程中会使用多类机械工具，如扳手、起吊工具等，且每次拆卸完成一个零部件时都需要放到一个固定的地方，且由专人保管，若在管理过程中出现纰漏，极易影响发动机的安装，由于管理不便，此类拆装工作存有较大难度。仍运用虚拟操作平台则可有效提升工作效率，每台计算机仅需1-2人操控即可，降低了场地占用与人员浪费的概率，该工作的关键点在于熟练使用计算机内部操作且掌握各零部件正确的安装顺序，因而管理人员要挑选技术能力极强的工作人员，以防止因发动机拆装问题而给企业带来损失。另一方面，在应用Unity 3D平台的过程中，由于该系统内部带有诸多开发工具，如EON等，在进行虚拟拆装时其效果会更加逼真，利用声音与图象改变人们的直观感，当该系统的每项操作与实际拆装相符时，工作人员在进行实际操作时会更有把握，也会增强系统的稳定性，因此，将Unity 3D平台与虚拟仿真相结合，可有效促进新能源汽车发动机的安装效果，也促进该行业的整体发展。

5 结语

综上所述，随着汽车行业的逐步发展，汽车整体性能的提升，其发动机的拆装工作也变得更为重要，试验人员将Unity 3D平台与虚拟仿真技术有效结合，不但能使拆装工作的步骤变得更为清晰，还可高效提升发动机的运动效率。

基金项目：项目来源：教育部科技发展中心产学研创新基金课题。项目名称：《基于混合现实（MR）在新能源电动汽车教学中的应用研究》。编号：2018C01066，于2019年11月立项。

参考文献：

[1]袁瑞晨，孙涛.基于虚拟驾驶的仿真平台设计[J].工业控制计算机，2019，32（06）：57+60.

[2]葛岩，冯婉婷，刘红岩.基于Unity3d的虚拟实验设计与开发[J].黑龙江科学，2018，9（24）：30-31.

[3]徐志刚，胡常英.基于Unity3D的虚拟汽车试验场漫游系统[J].计算机技术与发展，2019，29（05）：112-115.