船舶柴油機虛擬拆裝仿真

T^0T9ELJWWBi照煮每工叩撈煮￥美拳辰0T9￡LJBWSi照煮每工叩撈煮￥美拳辰0T9￡LMWSi照煮每工叩撈煮￥美拳辰0T9￡LJBWSi照煮每工叩撈煮￥美事【善審剖】壽皆王錮鈉隼唾壬聚【皋如瓢福擎臻啊田湘藏［瞄￥】（60rS0「￡0Td）墮切【?皿胃】乙00（0￡0）乙任乙MT（鬃）主】《專緝桀凰類》【曜瑚m,paia|dujODsiBuiiunoujsip|eniJiA|asaipdiqsaqi'ujaued3AIAIpuea6en6ue|++jaqiuopaseq人6。|。叫沖何泡|eniJiAaqiqii/v\puePd血。:tendaqiseauiBua|asaipV09I9AjopejsauiBu^|asaiQ6ucjqmW!M'Buiuiejisjaje^easaqipp|mgaqiuiXij|eay|eniJjApuoiieDi|ddeaAiieAouuiuesiuoiieneisuis^ipue|asaipauueuupluauuuojiAualeuoisuauuip-aajqipaieinuuisea^eajD。］>|QS-d^ApueuuejBojds/v\opui/v\da叫1Pasnpa^ejBa^uiaDANPffit制置區(qū)呈里++D V09T9」叩職渚弭/般r由回刑鰥胞風(fēng)啊蜷航痢首別丑*符孟距沼擎耆售*國蕈鄒參呼沼擎的彌成三叩職渚理別修雇黑草導(dǎo)目湖^as-d^A與宥每凰旅風(fēng)da由旌導(dǎo)罵［3K1壽皆王錮鈉隼唾壬聚【正文語種】中文【中圖分類】U664.121船舶柴油機具有裝置較大、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)建立對柴油機的虛擬拆裝，不僅可以借助計算機生成逼真的實物替代品，而且可以加入實時的人機交互操作。目前，國內(nèi)夕卜眾多高校和研究機構(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，虛擬拆裝過程人機交互等方面的探討與研究。1虛擬拆裝開發(fā)環(huán)境利用VC的視窗程序與第三方軟件VRPSDK的組合方法，實現(xiàn)虛擬拆裝的人機交互平臺。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VRM，該平臺通過MicrosoftVisualC++6.0,MicrosoftDirectX9.0,SDK、VRP開發(fā)工具包(VRPSDK)，聲音引擎(FMOD-SDK)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：Autodesk3dsMax，它的主要建模手段是多邊形網(wǎng)格(polygonmesh)，并且擁有一個龐大的插件和擴(kuò)展程序市場；AutodeskMaya，具有非常著名的全能建模工具，強大的角色動畫與特效制作能力，具有極強的協(xié)作開發(fā)能力和可擴(kuò)展系統(tǒng)；MultigenCreator,具有其獨特的OpenFlight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Creator在構(gòu)造復(fù)雜高精度模型上有先天劣勢。本文選用3dsMax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。Autodesk3dsMax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Doom3、UnrealEnginge3、VegaPrime和VRP等。UnrealEnginge3引擎是一套為DirctX9/10和Xbox360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;VegaPrime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Creator在模型的表現(xiàn)上沒有3dsMax強大；VRP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VRP-SDK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VRP渲染引擎，因為VRP操作簡便，運行速度快，VRP跟3dsMax無縫接合，支持直接從MAX里面把模型導(dǎo)出來，在MAX里面的渲染也能完好的延續(xù)到VRP里面，并且相比國夕卜軟件而言，有價格上的優(yōu)勢。1.3柴油機虛擬拆裝平臺架構(gòu)首先用3dsMax建立柴油機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VRP仿真平臺，進(jìn)行腳本編輯，碰撞檢測后，可實現(xiàn)在計算機上對柴油機進(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Fig.1Flowchartofdesign2柴油機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2。圖2船舶柴油機建模流程Fig.2Flowchartofmodelingaboutmarinediesel2.2柴油機主要零部件三維實體建模用3dsMax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)柴油機主要零部件的不同材質(zhì)。圖3為建模后的柴油機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零部件三維模型組合形成的虛擬柴油機三維模型圖。圖3氣缸蓋Fig.3Cylinderhead圖4柴油機全景圖Fig.4Panoramagramofdiesel3柴油機虛擬拆裝仿真過程的設(shè)計與實現(xiàn)3.1柴油機拆裝過程的設(shè)計圖5柴油機拆裝設(shè)計圖Fig.5Schemeofdismountingandinstallation采用MicrosoftVisualC++6.0和VRPSDK等API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。LoadVrpFile()是加載VRP場景函數(shù)；ExecuteVrpScript()函數(shù)是是應(yīng)用程序向VRP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VRP渲染場景對象中，VRP場景對象會得到用戶發(fā)送的腳本并加以解釋執(zhí)行；GetVrpMsgDesc()函數(shù)是獲取VRP場景對象信息的函數(shù)。在柴油機拆裝場景中鼠標(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。vrp_msg_id是場景發(fā)生事件的消息ID,p1是相關(guān)三維物體的名稱。生成的平臺界面見圖6。圖6拆裝平臺界面Fig.6Theinterfaceofdismountingandinstallation3.2柴油機拆裝仿真過程的實現(xiàn)柴油機拆裝實現(xiàn)過程見圖7。圖7柴油機拆裝實現(xiàn)過程Fig.7Theprocessofdismountingandinstallionaboutengine通過對VRP-SDK軟件工具包和拆裝平臺的分析，設(shè)計了柴油機拆裝在虛擬現(xiàn)實場景中的實現(xiàn)過程，這里只分析柴油機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拆裝運行界面Fig.8Operationinterfaceofdismountingandinstallion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VRP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充。其拆裝流程框圖及部分源代碼如圖9。voidCDiselDlg::AIDisassy(CString&parts,intstep_disassy)(CStringstrStep;m_Step++;//alldisaassystepstrStep.Format(_T("第％d步"),m_Step);switch(step_disassy)(case1://高壓空氣瓶手輪ExeAIVrpScript(parts);break;AfxMessageBox("請選用合適的拆裝工具！”)；｝break;} if(m_ErrorNum>ErrorNumber){AfxMessageBox("對不起，您已經(jīng)錯了3次！")；OnCloseVrp();OnLoginIn();}}圖9拆裝流程圖Fig.9Flowchartofdismountingandinstallion4結(jié)束語船舶柴油機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)和實踐的結(jié)合，利用MFC和VRP-SDK及FOMD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，運用VC、VRPSDK、FMOD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)【相關(guān)文獻(xiàn)】[1]GadhG,SrinivasanH,NuggehalliS,etal.Virtualdisassembly-Asoftwtoolfordevelopingproductdismantlingandmaintenancesystems[J].ProceedingsofIEEE:AnnualReliabilityandMaintaninabilitySymposium,1998(1):120-150.[2]JiaD,BhattiA,Nahavandi.Designandevaluationofahapticallyenablevirtualenvironmentforobjectassemblytraining[J].IEEEHapticAudiovisualEnviromentsandGames,2009,30(3):75-80.[3]YuanXiaobu,YangSX.Virtualassemblywithbiologicallyinspiredintelligence[J].IEEETransactionsonSystemsManandCybernetics-PartC:ApplictionsandReviews,2003,33(2):159-167.[4]JungB,LatoschikM,WachsmuthI.Knowledgebasedassemblysimulationforvirtualprototypemodeling[J].IEEEIndustrialElectronicsSociety,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]