船舶柴油機(jī)虛擬拆裝仿真_潘玉平

1、船舶柴油機(jī)虛擬拆裝仿真潘玉平萬隆君徐軼群王永堅(集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院福建廈門361021摘要綜合利用V C 的視窗程序與V R P -S D K 的組合方法,建構(gòu)船舶柴油機(jī)三維場景及虛擬拆裝仿真過程,是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在船員培訓(xùn)領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用。以濰坊柴油機(jī)廠6160A 型柴油機(jī)為原型,運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù),以C +語言為基礎(chǔ),通過MV C 模式,完成船舶柴油機(jī)虛擬拆裝過程。關(guān)鍵詞船舶柴油機(jī);拆裝;虛擬現(xiàn)實中圖分類號:U 664.121文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A D O I :10.3963/j06第一作者簡介:潘玉平(1985,碩士生.研究方向:船舶柴油機(jī).E -m a i l :1195782792q q.c

2、 o m 船舶柴油機(jī)具有裝置較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各元件配合精密及造價昂貴等特點,在柴油機(jī)拆裝時,受訓(xùn)人員通常采用分工協(xié)作來完成整個拆裝過程,操作完成后,拆裝數(shù)據(jù)無法整合,受訓(xùn)人員不能了解整個過程,因此不能很好地考評操作人員的實際掌握程度。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立對柴油機(jī)的虛擬拆裝,不僅可以借助計算機(jī)生成逼真的實物替代品,而且可以加入實時的人機(jī)交互操作。目前,國內(nèi)外眾多高校和研究機(jī)構(gòu)開展拆裝過程仿真研究1-7,尤其是在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。本文主要對基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在船舶柴油機(jī)拆裝方面進(jìn)行的研究,涉及到主要零部件的實體建模,拆裝平臺的搭建,虛擬場景和裝配關(guān)系的建立,虛擬拆裝過程人機(jī)交互等方面的探討與研究

3、。1虛擬拆裝開發(fā)環(huán)境利用V C 的視窗程序與第三方軟件V R P -S D K 的組合方法,實現(xiàn)虛擬拆裝的人機(jī)交互平臺。通過對現(xiàn)有仿真引擎的分析對比,建立適合于船舶上的虛擬系統(tǒng)的一體化平臺V R M ,該平臺通過M i c r o s o f t V i s u a l C +6.0,M i c r o s o f t D i r e c t X 9.0,S D K 、V R P 開發(fā)工具包(V R P -S D K ,聲音引擎(F MO D -S D K 搭建實現(xiàn)。1.1三維建模工具簡介目前有三維建模軟件很多,如:A u t o d e s k 3d s M a x ,它的主要建模手段是多邊

4、形網(wǎng)格(p o l y g o n m e s h ,并且擁有一個龐大的插件和擴(kuò)展程序市場;A u t o d e s k M a ya ,具有非常著名的全能建模工具,強(qiáng)大的角色動畫與特效制作能力,具有極強(qiáng)的協(xié)作開發(fā)能力和可擴(kuò)展系統(tǒng);M u l t i g e n C r e a t o r ,具有其獨(dú)特的O p e n F l i g h t 數(shù)據(jù)格式,使得輸入、結(jié)構(gòu)化、修改、創(chuàng)建原型和優(yōu)化模型數(shù)據(jù)庫更容易,但C r e a t o r 在構(gòu)造復(fù)雜高精度模型上有先天劣勢。本文選用3d s M a x 作為建模工具,首先它操作方便,易學(xué)易用,特殊渲染效果,具有可視化的交互動畫建立方法。A u

5、t o d e s k 3d s M a x 是游戲開發(fā)、電視、電影和數(shù)字出版行業(yè)的首選工具,目前統(tǒng)治著視頻游戲工業(yè)領(lǐng)域。1.2仿真工具的選擇商業(yè)引擎中有D o o m 3、U n r e a l E n g i n g e 3、V e g a P r i m e 和V R P 等。U n r e a l E n g i n g e 3引擎是一套為D i r c t X 9/10和X b o x 360平臺準(zhǔn)備的完整游戲開發(fā)構(gòu)架,提供大量的核心技術(shù)陣列,支持高端開發(fā)團(tuán)隊的基礎(chǔ)項目建設(shè),但其價格太高;V e ga P r i m e 是一款復(fù)雜的仿真引擎,其模塊化的設(shè)計,大大提高了開發(fā)效率,并且

6、擁有一些特定的功能模塊,可以滿足特定的仿真要求,但其存在渲染場景文件的圖形精度不好,其建模工具C r e a t o r 在模型的表現(xiàn)上沒有3d s M a x 強(qiáng)大;V R P 是專注于虛擬現(xiàn)實與仿真領(lǐng)域的軟硬件研發(fā)的專業(yè)機(jī)構(gòu),提供有虛擬現(xiàn)實編輯器、物理模擬系統(tǒng)、三維網(wǎng)絡(luò)平臺、工業(yè)仿真平臺和V R P -S D K 應(yīng)用程序開發(fā)包,以及多通道環(huán)幕立體投影解決方案等,能滿足不同層次的客戶需求。本文采用V R P 渲染引擎,因為V R P 操作簡便,運(yùn)行速度快,V R P 跟3d s M a x 無縫接合,支持301船舶柴油機(jī)虛擬拆裝仿真潘玉平萬隆君徐軼群王永堅直接從MA X 里面把模型導(dǎo)出來,

7、在MA X 里面的渲染也能完好的延續(xù)到V R P 里面,并且相比國外軟件而言,有價格上的優(yōu)勢。1.3柴油機(jī)虛擬拆裝平臺架構(gòu)首先用3d s M a x 建立柴油機(jī)主要零部件的三維模型,并根據(jù)各種材質(zhì)進(jìn)行渲染;然后通過V R P 仿真平臺,進(jìn)行腳本編輯,碰撞檢測后,可實現(xiàn)在計算機(jī)上對柴油機(jī)進(jìn)行拆裝過程的訓(xùn)練。其總體設(shè)計流程見圖1 。圖1總體設(shè)計流程圖F i g .1F l o w c h a r t o f d e s i gn 2柴油機(jī)虛擬拆裝三維場景的設(shè)計與建構(gòu)2.1設(shè)計思路根據(jù)實際情況,對船舶柴油機(jī)的零部件進(jìn)行有針對性的建模,再通過進(jìn)一步的處理和渲染,最后導(dǎo)入到渲染引擎中,其總體設(shè)計流程見圖

8、2 。圖2船舶柴油機(jī)建模流程F i g .2F l o w c h a r t o f m o d e l i n g a b o u t m a r i n e d i e s e l 2.2柴油機(jī)主要零部件三維實體建模用3d s M a x 軟件繪制圖形,通過貼圖等方法對實體圖形進(jìn)行處理,以實現(xiàn)柴油機(jī)主要零部件的不同材質(zhì)。圖3為建模后的柴油機(jī)氣缸蓋的三維模型圖,圖4是通過將所有已建模完成柴油機(jī)零部件三維模型組合形成的虛擬柴油機(jī)三維模型圖 。圖3氣缸蓋F i g .3C y l i n d e r h e a d 圖4柴油機(jī)全景圖F i g .4P a n o r a m a gr a m

9、o f d i e s e l 3柴油機(jī)虛擬拆裝仿真過程的設(shè)計與實現(xiàn)3.1 柴油機(jī)拆裝過程的設(shè)計圖5柴油機(jī)拆裝設(shè)計圖F i g .5S c h e m e o f d i s m o u n t i n g a n d i n s t a l l a t i o n 采用M i c r o s o f t V i s u a l C +6.0和V R P -S D K 等A P I 建立了適于船舶虛擬拆裝的通用平臺,實現(xiàn)過程如圖5所示,主要函數(shù)如下。L o a d V r pF i l e (是加載V R P 場景函數(shù);E x e -c u t e V r p S c r i pt (函數(shù)是是

10、應(yīng)用程序向V R P 場景對象發(fā)送腳本的接口,各種不同的腳本經(jīng)過程序處理,數(shù)字轉(zhuǎn)換為字符,最后串接為一個字符串,然后使用這個函數(shù)將腳本以命令的方式發(fā)送到V R P 渲染場景對象中,V R P 場景對象會得到用戶發(fā)送的腳本并加以解釋執(zhí)行;G e t V r p M s g D e s c (函數(shù)是獲取V R P 場景對象信息的函數(shù)。在柴油機(jī)拆裝場景中鼠標(biāo)跟蹤是最常出現(xiàn)的消息,在被圖形化的渲染場景中,用戶只需要在這個三維場景中的物體或是點擊二維面板就可以實現(xiàn)豐富的交互操作。v r p _m s g_i d 是場景發(fā)生事件的消息I D ,p 1是相關(guān)三維物體的名稱。生成的平臺界面見圖6 。圖6拆裝平

11、臺界面F i g .6T h e i n t e r f a c e o f d i s m o u n t i n g a n d i n s t a l l a t i o n 401交通信息與安全2012年2期第30卷總167期3.2柴油機(jī)拆裝仿真過程的實現(xiàn)柴油機(jī)拆裝實現(xiàn)過程見圖7 。圖7柴油機(jī)拆裝實現(xiàn)過程F i g .7T h e pr o c e s s o f d i s m o u n t i n g a n d i n s t a l l i o n a b o u t e n gi n e 通過對V R P -S D K 軟件工具包和拆裝平臺的分析,設(shè)計了柴油機(jī)拆裝在虛擬現(xiàn)實

12、場景中的實現(xiàn)過程,這里只分析柴油機(jī)的虛擬拆卸過程的實現(xiàn)。具體的設(shè)計及實現(xiàn)過程如圖8 。圖8拆裝運(yùn)行界面F i g .8O p e r a t i o n i n t e r f a c e o f d i s m o u n t i n g a n d i n s t a l l i o n 再進(jìn)行過程交互操作。先拆卸氣缸蓋,當(dāng)鼠標(biāo)移入場景,按下鼠標(biāo)左擊時,就會通過射線算法檢測到鼠標(biāo)處所對應(yīng)的模型,通過V R P 腳本與引擎間的通信,就會在平臺“各部件說明”位置給出提示信息,包括選定物體的名稱、用途和拆裝時的注意事項等內(nèi)容。當(dāng)有鼠標(biāo)右擊事件消息時,會彈出相應(yīng)的對話框窗口,詢問操作人員所選合適的

13、工具進(jìn)行拆除或是組裝的操作過程。如果選擇:“是”,將執(zhí)行相應(yīng)的拆裝動畫;“否”,返回渲染場景,不做任何處理。操作過程還有聲音提醒,這個功能主要是實現(xiàn)一些解說作用。聲音效果占有很好的優(yōu)勢,像試車和熱磨合的操作,在虛擬現(xiàn)實平臺下無法實現(xiàn)的,或是實現(xiàn)起來比較困難,因無法看到整個磨合的過程,此時就可以用聲音的方式給出提示。實時的語音特效是對渲染場景中僅采用文本的方式不足的補(bǔ)充。其拆裝流程框圖及部分源代碼如圖9。v o i d C D i s e l D l g :A I D i s a s s y (C S t r i n g &p a r t s ,i n t s t e p _d i s

14、a s s yC S t r i n g s t r S t e p ;m _S t e p +;/a l l d i s a a s s y s t e ps t r S t e p .F o r m a t (_T ("第%d 步",m _S t e p ;s w i t c h (s t e p _d i s a s s y c a s e 1:/高壓空氣瓶手輪E x e A I V r p S c r i p t (pa r t s ;b r e a k ;A f x M e s s a g e B o x ("請選用合適的拆裝工具!"br e

15、a k ;i f (m _E r r o r N u m >E r r o r N u m b e r A f x M e s s a ge B o x ("對不起,您已經(jīng)錯了3次!"O n C l o s e V r p (;O n L o gi n I n (; 圖9拆裝流程圖F i g .9F l o w c h a r t o f d i s m o u n t i n g a n d i n s t a l l i o n 4結(jié)束語船舶柴油機(jī)在海事主管部門的評估中,占有重要的地位。目前,沒有針對船舶柴油機(jī)的虛擬拆裝訓(xùn)練及評估系統(tǒng),本文通過大量的理論學(xué)習(xí)和實踐

16、的結(jié)合,利用M F C 和V R P -S D K 及F O -M D 組建了船舶虛擬拆裝的過程。在分析現(xiàn)有平臺的基礎(chǔ)上,運(yùn)用V C 、V R P -S D K 、F MO D 和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)搭建了拆裝平臺系統(tǒng),并將語言系統(tǒng)引入拆裝過程中,根據(jù)操作給出相應(yīng)的提示。參考文獻(xiàn)1G a d h G ,S r i n i v a s a n H ,N u g ge h a l l i S ,e t a l .V i r t u a l d i s a s s e m b l y -A s of t w t o o l f o r d e v e l o p i ng p r o d u c t d i

17、s m a n t l i n g a n d m a i n t e n a n c e s y s t e m s J .P r o c e e d -i n g s o f I E E E :A n n u a l R e l i a b i l i t y a n d M a i n t a n i n -a b i l i t yS y m p o s i u m ,1998(1:120-150.2J i a D ,B h a t t i A ,N a h a v a n d i .D e s i gn a n d e v a l u a t i o n o f a h a p t

18、i c a l l y e n a b l e v i r t u a l e n v i r o n m e n t f o r o b j e c t a s -s e m b l y t r a i n i n g J .I E E E H a p t i c A u d i o v i s u a l E n -v i r o m e n t s a n d G a m e s ,2009,30(3:75-80.(下轉(zhuǎn)第109頁501船舶柴油機(jī)虛擬拆裝仿真潘玉平萬隆君徐軼群王永堅工節(jié)省而且比傳統(tǒng)的M S S 移模有明顯的優(yōu)越性,解決了M S S 移模存在的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題,因此在大跨

19、徑連續(xù)梁中推廣“八七”桁架C M S S 工法是具有良好的推廣前景。參考文獻(xiàn)1景強(qiáng),黃成造.廣州珠江黃埔大橋M S S 62.5m 上行式移動模架關(guān)鍵技術(shù)研究J .橋梁建設(shè),2007(S 1:113-114.2杜健.白馬河特大橋邊跨上部結(jié)構(gòu)64m 混凝土簡支箱梁施工技術(shù)J .橋梁建設(shè),2006(S 1:63-64.3劉家鋒.我國移動支架造橋機(jī)的發(fā)展綜述J .鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2002,46(2:11-13.4張璟,吳加云,徐海燕,等.肇慶大橋北引橋上部結(jié)構(gòu)施工工藝J .建筑技術(shù)開發(fā),2005(3:2-3.5張平.大跨梁橋移模分塊施工新技術(shù)D .南昌:華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,2008.6林運(yùn)唐.連

20、續(xù)梁“移模分塊”澆筑工法系列化研究D .南昌:華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,2009.7徐文源,張旭容.“八七”式軍用梁支架在大跨度連續(xù)梁施工中的應(yīng)用J .城市道路與防洪,2007,99(10:46-47.8戴玉明.大跨梁橋跨中撓度控制措施D .南昌:華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,2007.A N e w T e c h n o l o g y o f P C C o n t i n u o u s G i r d e r B r i d g e f o r M o v a b l e M o u l d B l o c k C a s t i n g b y H o l e C o n s t r

21、u c t i o n D I N G X i a n g D A I G u a n g p e n g S H A N G G U A N X i n g(S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,E a s t C h i n a J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,N a n c h a n g 330013,C h i n a Ab s t r ac t :T h e m o v a b l e f o r m w o r k b

22、y h o l e c a s t i n gc o n s t r u c t i o n m e t h od (M S S h a s be e n u s e d i n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b e a m i n C h i n af o r 20y e a r s .T h r o ugh t h e C hi n e s e e n g i n e e r s 'd i g e s t i o n a n d a b s o r pt i o n ,i t h a s f o

23、r m e d a s e t o f i n -n o v a t i o n d e v e l o p m e n t w i t h C h i n e s e c h a r a c t e r i s t i c s ,t h a t i s "b l o c k c a s t i n g b y h o l e c o n s t r u c t i o n "n e w t e c h n o l o g y (n a m e d C M S S .A f t e r m a n y y e a r s o f r e s e a r c h ,E a s

24、 t C h i n a J i a o t o n g U n i v e r s i t y h a s a c h i e v e d t h e i n t e r n a t i o n a l a d v a n c e d l e v e l r e -s u l t s i n C M S S .K e y w o r d s :m o v a b l e m o u l d b l o c k c o n s t r u c t i o n ;C M S S b r i d g i n g m a c h i n e ;m i l i t a r y 檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾

25、檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾t r u s sm o v a b l em o u l d (上接105頁3Y u a n X i a o b u ,Y a n g S X.V i r t u a l a s s e m b l y w i t h b i -o l o g i c a l l y i n s p i r e d i n t e l l i g e n c e J .I E E E T r a n s a c -t i o n s o n S y s t e m s M a n a n d C y b e r n e t i c s -

26、P a r t C :A p -pl i c t i o n s a n d R e v i e w s ,2003,33(2:159-167.4J u n g B ,L a t o s c h i k M ,W a c h s m u t h I .K n o w l e d g e -b a s e d a s s e m b l y s i m u l a t i o n f o r v i r t u a l p r o t o t y p e m o d e l i n g J .I E E E I n d u s t r i a l E l e c t r o n i c s S

27、o c i e t y ,1998,4(31:2152-2157.5劉振宇,譚建榮,張樹有,等.虛擬環(huán)境中裝配設(shè)計語義的表達(dá)、傳遞與轉(zhuǎn)化研究J .計算機(jī)學(xué)報,2000,23(11:1208-1214.6J a y a r a m S ,W a n g Y o n g ,J a y a r a m U.A v i r t u a l a s -s e m b l y d e s i g n e n v i r o n m e n t J .I E E E C o m p u t e r S o -c i e t y,1999,4(10:1-8.7高明向,陳昆,陳定方.射線算法在碰撞檢測中的應(yīng)用J

28、 .湖北工學(xué)院學(xué)報,2004,19(3:94-97.8中視典數(shù)字科技.V R P -S D K -V C 開發(fā)教程M .北京:中視典數(shù)字科技,2008.V i r t u a l D i s a s s e m b l y S i m u l a t i o n o f M a r i n e D i e s e l E n g i n e P A N Y u p i n g W A N L o n g j u n X U Y i q u n W A N G Y o n g ji a n (M a r i n e E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ,J i m e i U n