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VR模具虚拟仿真实训室-模具虚拟仿真教学平台

发布时间:2023-10-09

编辑人:灵图互动

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VR模具虚拟仿真实训室采用VR技术、三维建模与仿真技术、计算机图形技术等,在计算机中复现真实模具教学场景,可以将抽象的原理、复杂的工艺过程及设备的使用实现三维可视化,让学生通过鼠标能够自由漫游、触碰点击模型进行学习,达到逼真的效果。进而提升学生的实践技能和教育教学质量。

1. 模具虚拟仿真实训室功能

VR模具虚拟仿真实训室系统主要涉及的功能是学生可以在虚拟仿真实训室自由漫游,鼠标点击手机电池注射模、咖啡杯注射模、锁片倒装复合模、液压机、摩擦压力机等16种模具和设备进行学习,包括模具结构认知、设备的虚拟讲解、模具零件加工过程、设计原理等。具体的操作方式是点击鼠标左键移动模型,右键旋转模型,滚轮缩放模型;其次通过高亮效果和名称显示的形式对模具的零部件进行文字介绍;这种身处实境的沉浸感增强了学生对学习的兴趣和知识的记忆。模具虚拟仿真实训室系统实现的功能:①认识各类模具零件加工设备;②认识各类模具结构及原理;③认识各类模具成形零件的过程。

模具虚拟仿真实训室功能

2. 模具虚拟仿真实训室系统建设内容

VR模具虚拟仿真实训室系统的设计按照软件工程设计的思路,贯彻分层布局和模块组成的思想叫系统设计的各个功能模块根据需要实现场景漫游、模具知识讲解、知识考核3个功能模块进行开发,生成界面友好、操作简单、仿真性强的教学系统。

2.1 场景漫游模块

在虚拟仿真实训室行走时,采用传统游戏的漫游方式,即键盘上的“W”、“S”、“A"、“D"、“Q”、"E"键,进行“前”、“后”、“左”、“右”、“升”、“降”,设置碰撞属性,防止出现穿模现象,突岀真实性。鼠标点击要学习的模具,出现高亮效果,进入知识讲解模块,操作简便,这种可视化的学习方式使学生对知识有较强的兴趣,解决抽象的物化问题。

2.2 模具知识模块

通过3D建模技术构建的虚拟仿真实训室资源数据库,模块包含工作原理、模具拆装、交互实训三大子模块组成,其中工作原理子模块是以教材基本知识为载体,详解模具基本结构等;模具拆装子模块讲解模具装配、拆卸等具体过程;交互实训子模块是以对话的动画形式讲解模具的使用方式。

2.3 知识考核模块

VR模具虚拟仿真实训室系统收录了各种关于模具的基础题、易错题、操作题等,学生使用时,系统会随机合理地抽取题目,通过游戏闯关、“拖拽试验”的形式进行迷你化考核,激发学生考核的兴趣,使每一位学生真正可以“寓学于景,乐学于景”。

模具虚拟仿真实训室系统建设内容

3. 模具虚拟仿真实训室系统开发

VR模具虚拟仿真实训室系统主体模型综合应用SolidWorks和3DsMax建模软件构建三维虚拟教室的场景模型和模具及设备的数据库;纹理贴图和UI界面通过由PhotoShops软件处理。将综合资源融合到Unity3D开发平台内,在其中进行场景搭建、设置模型以及调试效果等操作,程序编写工具选择VisualStu­dio,脚本语言选择C#,最后对项目进行打包发布。

模具虚拟仿真实训室系统在开发过程中主要涉及界面设计、模具动画制作、程序开发和效果调试、系统测试等5个关键步骤。

3.1 界面设计

为方便学生使用模具虚拟仿真实训室系统,合理使用各项功能模块,在系统UI界面设置虚拟按钮,学生只需点击进行交互性地学习模具知识点。UI界面主要是借助VisualStudio编程工具进行C#语言编码实现逻辑控制。

3.2 模具动画制作

模具动画制作以3DsMax为主,主要难点是模具冲压过程的动画制作。不但需要正确理解模具工作过程,还需要在制作模型动画时,遵循以下原则:首先模型的面数制约系统渲染处理的响应速度和系统的逼真性,当模型的面数越多,获得的沉浸感更强,但是系统所占内存就越大,导致响应变慢,所以为了兼顾视觉与效率的平衡,需要对模型进行优化处理叫其次在制作交互动画时,要适时应用组的概念,互相绑定零部件,合理设置帧数,统一单位。

3.3 程序开发

进行程序开发时,选择以C#语言为基础的Uni­ty3D虚拟现实开发平台进行系统发布。其中实现人机交互功能,给学生带来真实沉浸感的关键技术为碰撞检测技术,如对于虚拟实训室添加Rigibody刚体和BoxCollider碰撞器,避免漫游过程出现穿墙现象。

3.4 效果调试

进行效果调试时需要设置整个系统的材质贴图、灯光、颜色、阴影,以突出虚拟现实的特点,其中材质贴图是优化效果的基础,对于简单的模型,渲染效果时只需要采用直接贴图的方式,如模具零部件、虚拟实训室的墙体、地面等;对于复杂的模型,则需用外部指定贴图坐标的方式,分别对每个对象单独进行贴图渲染,如虚拟的模具设备。

3.5 系统测试

系统测试是针对系统使用的合理性、需求性、必要性的基础下完成的,模具虚拟仿真实训室系统属于桌面虚拟仿真系统,所以是基于PC端进行教学。

(1)打开软件进入界面时,鼠标左击“点击进入”按钮。

(2)选择“进入”按钮进入虚拟实训室,漫游点击高亮的模具及设备学习相关知识。

(3)随机选择1种模具,以手机电池盖板注射模为例,进入工作原理等功能界面,其中默认界面是模具结构,可进行旋转、缩放及移动等功能操作。

(4)选择“自动组装、自动拆卸”选项,以从上到下进行组装、拆卸,并可随时暂停操作.

经测试,系统操作简洁,功能强大,虚拟现实特点突岀,有助于学生对模具这门课程的理解与学习。

模具虚拟仿真实训室系统开发

VR模具虚拟仿真实训室系统丰富了教学内容,教师清晰明了地传授抽象的模具知识,更好地帮助学生理解模具设计制造及工作原理,自主进入探究的学习过程中。

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