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基于虚拟现实技术的挖掘机模拟操作.pdf

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2010 年 4 月 中国制造业信息化 第 39 卷 第 7 期 基 于虚 拟 现 实 技 术 的挖 掘 机 模 拟 操 作 赵鸿飞 ，张 琦 ，苏凡 囤，王海涛，焦玉民，屈宏伟 (解放军理工大学 工程兵工程学院机械装备系 ，江苏 南京 210007) 摘要 ：以 E O N Studio 软件平 台为基础，综合运用计算机辅助三维建模 、碰撞检 测以及交互控制等 技 术 ，论述 了基 于虚 拟现 实技 术 实现挖 掘机 模拟 操作 的设 计 流程 和 具体 方 法 ，为挖 掘机 操 作虚 拟 培训 系统提 供 了技 术基础 。 关键 词 ：挖 掘机 ；操作 ；虚 拟现 实 ；三 维建模 ；EO N Studio； 撞检 测 ；交互控 制 中图分类号：TP391．9 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672 — 1616 (2010 )07 — 0038 — 04 工程机械广泛应用于工程建设 的各个领域 ，其 操作手的操作熟练程度不仅关系着工程进度 ，还影 响着机械使用成本。培训工程机械操作手的花费 一 般较大 ，基于节约培训成本 、提高培训效率的 目 的，可 以采 用基 于 现代 计算 机 的虚 拟 现实 技术 (V irtual R eality)，对挖掘机的基本操作进行仿真。 虚拟现实系统可分为桌面虚拟现实系统、沉浸 式虚拟现实 系统和分布式虚拟 现实系统等类型。 EO N Studio 是一种集虚拟现实、视觉仿真、传感与 反馈技术于一体的软件解决方案 ，它能方便地与计 算机三维建模技术相结合 ，使 3D 模型可 以轻松导 入成为虚拟现实的对象或场景 ，且其提供 了较好 的 基于 C M Labs V ortex 力 学 引 擎 的碰 撞 检 测 系 统-1 J。本研究尝试通过应用 E O N Studio 软件平台 进行场景对象的漫游展示及交互控制，从而实现仿 真功能。 1 设计流程 基 于虚 拟 现实 技 术 的挖 掘 机操 作 培训 系统 由 硬件设备(操作培训台)和软件平台组成。软件平 台的设计流程如图 1 所示 ，其关键流程简述如下。 1．1 模型的建立与渲染 建立对象 的三维模 型 ，是进行 虚拟仿 真的基 础。建模前首先要查测各部件的结构和参数 ，建模 时根据实际尺寸按统一比例进行缩放 ，以便建立从 操作手的观察角度所能看到 的驾驶室内各零部件 (仪表 、按钮等)和工作装置等的模型。 目前常用的 三维建模软件有 A utoCA D 、3D M A X 、P ro／E 等。对 于外形规则的实体部件，采用 A utoC A D 或 Pro／E 图 1 设计 流程 图 建模较方便 ，对于外形不规则 、曲面较多的实体 ，可 使用 3D M A X 建模 。由于 3D M A X 具有强大 的材 质编辑、渲染功能 ，因此将其他 软件建好的模 型导 人 3D M A X 中进行二次材质编辑 、渲染 ，可达到生 动逼真的效果 。 1 ．2 模 型导入及优化 EO N 可以读取 ppm 、png、w aV、avi及 M ID I 等 多种 格 式 文 件 ，支 持 的 3D 文 件 格 式 有 D W G 、3D Studio、P ro／E ．SLP 等 。E O N R aptor是 3D M A X 的 一 个插件 ，应用它可以方便地将 3D M A X 建好的模 型 、模 型材质贴 图、模 型动 画等 以 * ．EO Z 的格式 导人到 E 0 N Studio 中进行二次开发 ，大大减少了 E O N Studio 中编辑模 型及材质 的工作量 ，简化了 开发流程[2l。导人模型时 ，可以采用 L O D 技术优 化模型 ，减少面片以期缩减模型文件大小。在选择 导人文件类型时需注意 ，即使是使用插件导人材质 和贴图 ，也要在导入对话框相应选项 中添加材质和 贴图的详细路径 ，否则不会被导入 。 收稿 日期 ：2010 — 0 1 — 2 1 作者简介 ：赵鸿 飞(1985 一)，男 ，安徽芜湖人 ，解放 军理工大学工程兵学院硕士研究生 ，主要研究方 向为机械设计及理论 。 关 键 词： 技术 模拟 操作 虚拟现实 挖掘机 基于

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