Unity3D在虚拟机械拆装中的应用★

罗资琴

（兰州石化职业技术学院石油化学工程系，甘肃兰州 730060）

Unity3D在虚拟机械拆装中的应用★

罗资琴

（兰州石化职业技术学院石油化学工程系，甘肃兰州 730060）

从虚拟现实与拆装技术的结合、虚拟拆装与移动通讯、虚拟拆装系统的开发流程及Unity3D虚拟机械拆装项目开发的重点和难点等方面入手，介绍了Unity3D在虚拟机械拆装中的应用。利用Unity3D进行的虚拟机械拆装演示直观，使学习者学习起来较为轻松，必将成为日后虚拟机械拆装学习的主流方式。

Unity3D 虚拟 机械拆装 3D技术

随着时代的发展和社会的进步，当今的3D技术正在从原本只有对计算机三维图形学有较深入研究的高端人群所垄断的技术演变成普通群众都能接受和使用的平民技术。[1]然而在这一次巨大的变革中，Unity3D作为举足轻重的3D引擎，从众多技术中脱颖而出，成为了这次变革中的佼佼者。所谓U-nity3D就是一款可以轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。[2]根据Unity官方在2014年的报告来看，Unity全球用户已经超过330万人，每个月的活跃用户数高达60万。全世界有6亿的游戏玩家在玩使用Unity引擎制作的游戏，目前用Unity创造的应用和游戏的体验量累计达到了87亿次。[3]

已往，国内对各种机械设备拆装过程的讲解大多数都是以图片或实物讲解为主，这样的讲解形式严重阻碍了学习者对机械内部结构的认识，而且会影响学生对机械内部结构的深刻理解，更会对一些高危机械操作任务带来巨大的安全隐患。[4]所以利用Unity3D进行的虚拟机械拆装演示直观，使学习者学习起来轻松，将成为虚拟机械拆装学习的主流方式。

1 虚拟现实技术及其发展

1.1 虚拟现实技术

所谓虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种实时动态的三维立体逼真图像模拟环境。在该模拟环境中除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，因此该系统是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为仿真系统，使用户沉浸到该环境中。[5]虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合。

根据长时间以来对虚拟现实技术的使用经验和研究结果，虚拟现实技术也可以被解释为：将现实中的实体东西以计算机三维技术的方式模拟出来，以满足实物在数字平台上的直观可视化，是为满足模拟事件数据采集、数据分析等一系列的需求而产生的计算机与通信行业中的新兴技术。[6]如下页图1所示的是一个通过虚拟现实技术得到的机械拆装过程。如今虚拟现实技术已经成为一种行业或产业被很多专业人士或公司所关注，被运用到了游戏娱乐、医疗卫生、军事航天、室内设计、房产开发、工业仿真、应急推演、文物古迹、Web3D、道路桥梁、人文地理、教育教学、演播室、水文地质、设备维修、船舶制造、培训实训、轨道交通、能源领域、生物力学、康复训练、数字地球、虚拟现实等各行各业。[7]

1.2 虚拟现实技术的发展

虚拟现实技术兴起于20世纪末，是一款新型综合信息技术。其发展过程大概分为四个阶段：1963年之前为第一阶段，这个阶段的有声形体动态模拟已经蕴涵或开始蕴含了虚拟现实思想；第二阶段是1963—1972年，是虚拟现实技术的萌芽期；第三阶段是1973—1989年，该阶段是虚拟现实概念的产生和理论初步形成阶段；第四阶段是从1990—2004年，该阶段为虚拟现实理论进一步完善和应用的阶段。[8]该时期的虚拟现实技术远未达到成熟阶段，在虚拟现实的理论、算法和技术实现等各方面都存在许多问题和待开发的领域。虽然，目前已成功地开发出一些虚拟现实的典型应用项目，但与其他高新技术的应用相比尚处于应用开发的初始阶段。

图1 虚拟现实技术得到的机械拆装过程

2 虚拟现实技术与拆装技术的结合

随着大数据时代的到来，我国领导人高瞻远瞩地发出了“大众创业、万众创新”的号召，而创新的核心实质就在于跨行业，所以后面的“互联网+”就理所当然地成为跨行业中的理想接口。[9]然而对于一般性的信息行业来说，实现“互联网+”是一件很容易过渡的事情，但对于实体行业特别是与机械拆装有关的行业，怎么才能实现“互联网+”这一宏伟的目标呢？从虚拟现实技术中找到了最佳的答案，它给我们提供了一个很好的切入口，也必将给目前创新疲软的机械拆装行业带来一个新的发展契机。

3 虚拟拆装与移动通讯

3.1 我国2015年通讯行业发展现状

工信部数据显示：2015年，我国移动电话用户普及率达95.5部/百人，其中有9个省市自治区的移动电话普及率突破100部/百人，北京市高达188部/百人。而另外一方面数据显示：2013年，我国智能手机出货量为4.2亿部，同比增长64.1%，市场占有率达到73.1%，其中Android手机出货量为3.98亿部，占同期智能手机出货量的94.0%；而2014年我国智能手机出货量为4.5亿部。

上述移动行业的信息数据充分显示，移动行业的大力发展使得移动电话就像人们穿衣吃饭一样不可或缺，而移动行业目前的发展现状为实现虚拟机械拆装奠定了非常坚实的硬件基础。[10]因此，如果能在移动行业中有所突破，将移动行业的优点与实现虚拟机械拆装紧密结合，必定会带来无可估量的收益与发展前景。

3.2 Unity3D的跨平台性

Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化和实时的三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。[11]其编辑器运行在Windows和Mac OSX下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone8和Android平台，也可以利用Unity webplayer插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览，它的网页播放器也被Macwidgets所支持。

上述平台基本上囊括了当今人们最常访问的通讯媒介，其开发的产品具有一次开发处处编译的广泛适用性，是“互联网+”时代开发虚拟现实最为理想的工具，也为虚拟拆装奠定了非常重要的软件基础。

综上所述，可以断定，以智能手机、iPad、iPhone等移动通讯设备为载体，以Unity3D为工具媒介，将成为开发虚拟拆装系统最为理想的选择。[12]

4 虚拟拆装系统开发流程及项目开发重点难点

4.1 虚拟拆装系统开发流程

第一步：采集相关拆装物的有效信息，如果涉及的物件系统相对来说比较复杂，可以制作信息采集卡，分部分、分阶段地进行采集。

第二步：核对采集信息，并与相关联系人进行及时的反馈与沟通。牵涉到所属部门不能解决的问题，需要争取跨部门领导之间的协作与沟通，及时将实践问题与技术部门核实清楚。

第三步：对于核查的信息进行反复分析，找到实现虚拟技术的实现途径与实现方法。对于不能实现的部分，试着找到折中的办法去解决；对于确实不能解决的，及时与上层领导协调沟通；对于牵涉跨部门的，尽量寻求领导的支持。

第四步：是技术最终实现的一步，也是将实践结果与实物数据提供给相关部门进行核对并进行修整的一步。

4.2 虚拟拆装系统项目开发重点难点

虚拟拆装是一种以演示为主、概念引导为辅的实践技术。虚拟机械拆装项目发展重点难点具体体现在以下两方面：一是对于产品的关键部件外形和作用的演示尤为重要，因此一般不需要太华丽的图像显示；二是在整个演示的过程中，要尽量考虑部件外形展示的精准性以及功能动作演示的到位性，使得观看者一眼就能理解其作用和实际意义（如图2所示）。

图2 某虚拟机械拆装演示图

5 结论

Unity3D是一款可以轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化和实时的三维动画等类型互动内容的多平台综合型游戏的开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。[13]以往的机械拆装讲解大多数都是以图片或实物讲解为主，这样的讲解形式不但不利于学习者对机械原理和内部结构的学习，而且会给一些高危机械操作带来巨大的安全隐患，而利用Unity3D进行的虚拟机械拆装演示直观，使学习者学习起来轻松，将会成为日后虚拟机械拆装学习的主流方式。

[1]李骥.展示设计在互联网中的应用[J].科技展望，2016（23）：12.

[2]汪成为.人类认识世界的好帮手虚拟现实[M].北京：清华大学出版社，2000.

[3]刘耀林，孔建益，蒋国璋.虚拟现实技术的发展[J].湖北工业大学学报，2005，20（3）：186-189.

[4]姜澍.移动终端大数据[J].中国统计，2015（8）：14-15.

[5]郭芳芳，刘志勤.Unity3D在教育游戏中的应用研究[J].教育观察，2012（10）：47-50.

[6]周岩，李远明，李荣刚.基于Web的三维虚拟楼盘展销系统设计[J].电脑知识与技术，2013（4）：891-892.

[7]陈东伟，梁文敏，朱乔业.基于Web的3D智能虚拟人估计及系统实现[J].信息技术，2014（3）：117-120.

[8]左亚敏.基于多点触控的桌面文档操作交互的设计与研究[D].昆明：昆明理工大学，2014.

[9]邓永健.手机网络游戏AI行为树的设计与实现[D].广州：中山大学，2014.

[10]杜云鹤.三维化的VLCC船货油装卸系统[D].大连：大连海事大学，2014.

[11]姜锐，陈默祺.黄河水院三维数字校园漫游系统方案研究[J].黄河水利职业技术学院学报，2015，27（2）：52-54.

[12]刘宁.飞机三维数据可视化探究与实现[J].科技视界，2015（32）：9-10.

[13]李崴，马桦.Unity3d虚拟技术在高职土工试验教学中的应用[J].科技创新导报，2012（32）：124.

（编辑：胡玉香）

Application of Unity3D in Virtual Mechanical Disassembly and Assembly

LUO Ziqin
（Department of Petrochemical Engineering,Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology,Lanzhou Gansu 730060）

From the combination of virtual reality and assembly and disassembly technology,virtual disassembly and assembly and mobile communication,the development process of virtual disassembly and assembly and key and difficult points of Unity3D mechanical disassembly and assembly project,this paper introduces the application of Unity3D in virtual mechanical disassembly and assembly.The Unity3D virtual mechanical disassembly and assembly not only is a most intuitive demonstration,and a most easy way to learn for learners,but also will become mainstream way of learning for future virtual mechanical disassembly and assembly demonstration.

Unity3D,virtual,machine disassembly,3D technology

TP391

A

1672-1152（2016）06-0074-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.27

2016-11-07

甘肃省2012年科技支撑计划-工业类——石油化工企业三维应急演练系统（1204GKCA004）

罗资琴（1966—），女，副教授，天津大学化学工程硕士，研究方向为石油化工。