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砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统开发

发布时间:2022-11-28

编辑人:灵图互动

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砂型铸造就是在砂型中生产铸件的铸造方法,是一种传统的铸造方法,适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产,钢、铁以及大多数有色合金铸件都可用该方法进行生产。

但是由于学校场地设施有限,又有诸多安全问题等多方面的考虑,致使在现有的实验教学中,多以老师操作,学生观察或者通过视频展示等模式进行,不能使同学们很好的掌握有关砂型铸造方面的知识,也没有顺应新世纪新教育模式的发展理念。

根据各院校对学生进行铸造的金工实训来看,多采用手工造型这一方式进行教学,所以本文模拟的重力砂型铸造过程,也采用的是手工造型。通过模拟手工造型的铸造流程,使学生能很好的理解铸造的基本原理及过程。

将虚拟放在技术用于重力砂型铸造实验教学中,通过UGNX建模、3DsMax制作动画、Unity3D整合开发将真实的重力砂型铸造过程转变为一套可在计算机上运行的虚拟仿真实验教学系统。通过构建虚拟仿真实验教学系统,可以把重力砂型铸造过程非常形象的表现出来,在虚拟空间中,学习者不仅可以三维立体的对砂型铸造过程及各种工具进行全方位的观察,还能进行手动操作,且不受场地和环境的限制。虚拟仿真实验教学系统这种新型教育模式,可避免真实实验过程中由于意外或操作失误所带来的各种危险情况,也能使抽象的、概念性的学习和知识,掌握起来更加容易,极大地降低了教育成本和投入。

砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统

1. 砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统开发

1.1 基于UGNX软件的三维建模

本文使用UGNX软件进行建模,通过建模,完成了重力砂型铸造过程中所需的所有模型的制作。

1.2 基于3DsMax软件的动画制作

使用3DsMax的主要目的,就是对模型进行动画制作,动画制作的依据就是重力砂型铸造的过程,把铸造过程中各零件的运动,包括零件运动的先后顺序,都形象的展示出来,之后对模型进行材质的赋予以及进行渲染处理,使得模型更加接近于实物,最后把动画导出成Unity3D适用的FBX格式,以便进行后续的设置与修改。

1.3 结合华铸有限元软件进行模拟

华铸有限元软件的使用包括STL格式模型的预览和装配,前置处理,计算分析,后置处理等步骤。通过计算自动生成一张张TEM格式的报告,然后通过格式的转换生成.AVI格式的视频文件,后期还可以把每一张报告通过贴图直接贴到三维模型上,那样就可以在模型上直接表示出温度场的变化。

砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统开发

2. 砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统开发流程

2.1 Script脚本的编写

Unity3D的脚本指的是软件里面的Script,它可以作为一个Component插入到物体的Inspector中,可以设置物体的运动状态,触发条件及属性参数等,相当于物体Inspector里面一个能自定义功能的强大组件,可以实现Unity本身所没有的功能或者增强及改进原来的功能,支持C#、JavaScript等语言编程,但是由于C#的综合能力强,简单稳定,所以本文采用C#语言编写Script脚本。系统使用了例如实现人物移动脚本、视角控制脚本、场景切换脚本、动画控制脚本,以及物体高亮提示脚本等功能的诸多脚本,使得虚拟仿真实验教学系统能完整运行。

2.2 UI的设计与场景的搭建

当把所有的素材都导入Unity3D之后,开始虚拟仿真实验教学系统的正式搭建。

首先,是虚拟仿真实验教学系统的进入界面,界面内容包括图片,按钮,以及文字。新建场景Scene,并命名为“Welcome”,在该场景里面添加画布Canvas,这样,UI的编辑界面就出来了,找到适合的图片,用RawImage导入场景当做背景。之后就是虚拟仿真实验教学系统的文字部分,由于Unity的文字大小是固定的,所以当用不同大小的屏幕展示时,文字的位置就会发生改变,因此选择通过PS把文字做成图片,使得文字大小能随屏幕大小进行改变。

虚拟仿真实验教学系统其他的UI设计和场景搭建也是类似,通过设置图片、按钮以及与脚本的结合,使得所看到的每一个画面都很自然舒适。

砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统开发流程

2.3 操作动画的设置与衔接

虚拟仿真实验教学系统的UI系统搭建完毕之后,进行动画的设置与衔接。由于在3DsMax里面完成的动画是一整段连续的动画,如果不进行修改设置,那么当系统开始运行时,动画就会自动播放,不能达到很好的观察与学习效果。所以要在Unity3D中对三维动画进行设置和修改,首先找到刚开始的动画,点击Inspector里面的Edit进行编辑,把需要拆分的帧数确定好,就能把原先的动画分成一段一段的动画,分完之后,如果需要对其中的某段动画进行修改,可以在Ani-mation中利用关键点来修改。如果不需要修改,就可以直接把动画导入Animator设置成与相应的操作衔接起来,实现控制动画的播放,完成铸造过程的实验教学。

砂型重力铸造过程虚拟仿真实验教学系统操作动画的设置与衔接开发

2.4 虚拟仿真系统的发布与展示

完成重力砂型铸造过程虚拟仿真实训系统的开发之后,为使该虚拟仿真实训系统在各个电脑上运行,要对产品进行发布。Unity3D支持多平台发布,点击File栏里面的Buildsettings,选择需要发布的场景以及平台,进行相应的属性设置,就可以点击Build进行发布了。考虑到便携性,本文选择在Windows平台上发布该虚拟实训系统。在系统发布后,会有一个.exe的程序图标,还有一个文件夹。点击程序图标就可以在各个电脑上运行该系统了,文件夹里面是虚拟仿真实验教学系统所需的所有资源文件,这两个东西缺一不可。

虚拟仿真实验教学系统的展示方有两种方式。一种是直接在电脑上操作,通过鼠标键盘完成砂型铸造过程的模拟;另一种方式是通过VR眼镜,与电脑上的系统软件进行链接,完成虚拟现实系统的使用操作。

把虚拟仿真技术与重力砂型铸造过程相结合,构建了一套具有交互性、沉浸感和构想性的虚拟仿真实验教学系统,通过该系统进行砂型铸造的相关教学,不仅可以改变传统教学方式方法,摆脱课堂上枯燥的教学内容,还能降低实践教学所带来的高成本高风险,提高教学的质量。


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