基于Unity3D的交流接触器虚拟拆装应用研究

冯宗杰（火箭军士官学校，山东 青州 262500）

职业院校，注重的是培养学生的技能水平，目前学员在实训过程中存在主要矛盾［1］，一是实训过程需要大量的实训器材，由于大量的实训，致使器材外观损伤严重，需要大量的经费支撑；二是实训过程受到场地、设备数量的限制，一定程度上影响了训练效果。因此迫切需要创新研究新的训练手段，解决装备数量偏少，训练成本高的问题。本文以交流接触器虚拟拆装为例研究基于Unity3D的电气虚拟拆装设计。

1 Unity3D、SolidWorks和3Dmax软件

随着VR技术［2］的不断发展，涌现出了大量基于VR技术的开发平台，Unity3D作为虚拟现实软件的后起之秀，起步就定义为多平台高端大型游戏开发引擎。它对DirectX和OpenGL的图形渲染管道进行了高度优化，使低端硬件也可以流畅地运行漫游展示、虚拟仿真、交互式动画等，并能够创造出高质量3D仿真系统和真实视觉效果。它能够与HTML、Flash等进行良好的交互，并支持C#、JavaScript等多种脚本语言。

Solidworks和Virtools同属于法国达索公司。功能强大、易学易用和技术创新的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

3DS M ax是Autodesk公司出品的一款著名3D动画软件，是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件，广泛应用于游戏开发、角色动画、电影电视、视觉效果和设计行业等领域，其主要特点如下：(1)功能强大，插件丰富3DS M ax有着出色的建模、渲染、动画等功能，通过3DS Max丰富的插件，可满足各行业各领域不同的设计需求。(2)界面友好，易学易用。3DS Max命令布局和功能模块设置使用方便，是最容易上手的 3D 软件。(3)和其它相关软件配合流畅3DS Max通过自身以及插件，支持多种相关软件的不同类型文件的导入导出。(4)渲染速度快，画面质量高。

2 基于unity3D的交流接触器虚拟拆装设计流程

基于Unity 3D的交流接触器虚拟拆装设计流程如图1所示。

图1 交流接触器虚拟拆装设计流程

3.交流接触器虚拟拆装设计实现

3.1 交流接触器Solidworks建模及装配

虚拟现实三维模型是整个虚拟操作平台的基础，模型的好坏直接影响运行速度和效果，平台首选Solidworks进行接地电阻测量仪的三维建模。

(1)利用SolidWorks强大的实体建模功能，通过拉伸、旋转、薄壁、特征阵列以及打孔等操作完成接触器各零件模型的建立，并按照一定的装配关系对零件进行装配。装配完成后的交流接触器如图2所示。

(2)交流接触器装配完成后，采用.stl格式作为模型导入3DS Max中的格式。将模型导入3DS Max场景时，要特别注意导入过程中不要移动零件，否则会影响减速器模型的装配关系。

3.2 交流接触器三维模型贴图

为了使交流接触器及相应场景具有逼真的效果，需要通过3DMAX软件对交流接触器及场景进行渲染，配合相关贴图编辑软件对接地电阻测量仪进行表面材质处理，提高渲染效果。

图2 SolidWorks交流接触器装配体模型

对于在Solidworks中很难实现的不规则形状，可以通过3DMAX软件进行修改设计，达到逼真的效果。

3.3 交流接触器虚拟拆装设计

3.3.1 虚拟场景设计

将3DMAX处理后的交流接触器导出为*.FBX文件，并放在Unity 3D的资源文件夹Assets中，Unity 3D将自动导入相应的贴图和动画文件，然后将模型添加到虚拟场景中，通过移动、拖放、缩放、旋转等指令对交流接触器模型进行属性设置，达到理想效果。为了进行可视化虚拟操作，必须对场景增加主摄像机和灯光，为了多视角观察操作效果，可以在场景中不同角度添加不同的摄像机建立相应的从属关系，通过设置选取不同的观察角度。

3.3.2 虚拟脚本设计

Unity3D支持JavaScript、C#、BOO三种不同的脚本，其中C#功能最强大。但对于初学之来说，格外是没有编程语言基础的人来说，这无疑增加了设计难度，为此，有人开发设计了Unity3D Playmarker插件，Playmaker既是一个可视化脚本工具，又是一个分层逻辑框架。设计师、程序员使用Playmaker能够很快地完成游戏原型制作，既适合独立开发者，又适用于团队协作。Playmaker能够大大提高开发效率，让你的游戏变得更加完美，它可以实现不需要编写代码，并可以完成虚拟操作的功能。因此采用该插件进行编写，从而缩短开发周期。

4.交流接触器虚拟拆装效果展示

虚拟操作平台搭建完成后，可实现整体场景与操作场景切换，操作场景缩放、平移、旋转，接触器拆装操作，基本实现与实际操作一致的训练效果，大幅节约成本。

5 结束语

本文针对交流接触器的使用培训，工作原理学习等方面的需求，基于Unity3D软件平台，利用的SolidWorks进行快速、精确建模与装配，3DS Max技术对所建立模型进行渲染、动画的制作，采用Playmarker第三方插件，设计了交流接触器的虚拟拆装平台，并对虚拟场景交互进行了深入研究。该平台逼真度高，交互性强，可广泛应用于电气类虚拟现实技术的开发与设计。