摘 要

在近些年来的研究背景下，更多的人投身到虚拟现实的研究当中。在校园教学上，由于传统的组合夹具实验课程是在实验室进行动手操作，而往往由于设备过少，学生无法完全掌握组合夹具的结构设计，所以我们通过对七套组合夹具从三维建模到VR-Platform交互设计，实现了组合夹具的虚拟交互展示。

在整个研究过程当中，比较详细的介绍了虚拟现实的概念以及发展，并介绍了会用到的几款软件，叙述了建模、后期制作以及虚拟软件制作的过程，最终以展示支架铣斜槽组合夹具系统为例，呈现出基于3D Max和VR-Platform的虚拟交互展示效果，达到用户能实现基本操作的目的。从用户的使用角度为基点，从更深层次上认识虚拟拆装系统设计的本质。在课题研究过程中，结合VR-Platform平台进行交互式的虚拟拆装系统的设计实践，进行了系统展示、模拟交互展示以及被展示场景的设计的研究，归纳了以展示组合夹具结构为基础的虚拟交互拆装系统如何实现构建和优化的一系列方法。

关键词：虚拟现实；组合夹具；虚拟拆装

Abstract

In the background of the research in recent years, more people are engaged in the research of virtual reality. On campus teaching, due to the traditional modular fixture experiment course is carried out in the laboratory hands-on, and often due to too little equipment, students can not fully grasp the structure design of modular fixture, so we pass through the seven sets of combined clamp from the 3D modeling to VR interaction design, the realization of the modular fixture virtual interactive display.

In the whole research process, the concept of virtual reality and its development are introduced in detail， and describes several software which will be used, described the modeling, post-production and virtual software production process, and ultimately to demonstrate the stent chute milling modular fixture system, for example, showing the effect of virtual interactive display based on 3D Max and VR-Platform, and the user can achieve the basic purpose of the operation. From the user's point of view, it is essential to understand the design of virtual disassembly and assembly system from a deeper level. In the research process, the combination of VR-Platform platform design practice interactive virtual dismantling of the system, a systematic display, interactive display and simulation study was designed to show the scene, summarized to show the structure-based modular fixture how virtual interactive access to the system to achieve a range of methods to build and optimization.

Key Words：Virtual reality; modular fixture; virtual disassembly

目 录

第1章 绪论 1

1.1虚拟现实的国内外发展现状 1

1.2研究背景 2

1.3 论文研究的目的 3

1.4 论文研究的意义 3

第2章 组合夹具的结构分析 4

2.1支架铣斜槽组合夹具结构分析 4

2.1.1工件定位方案 4

2.1.2 夹具夹紧方案 5

2.1.3 夹具整体设计 6

2.2支座刨面和槽组合夹具结构分析 8

2.2.1工件定位方案 8

2.2.2夹具夹紧方案 10

第3章 虚拟拆装系统方案设计 12

3.1 虚拟拆装系统需求分析 12

3.2 虚拟拆装系统的结构 12

3.2.1 系统功能结构 12

3.2.2 系统组织结构 13

第4章 创建三维模型 15

4.1 支架铣斜槽组合夹具三维建模 15

4.1.1 基础件建模 15

4.1.2 支承件建模 17

4.1.3 导向件建模 18

4.1.4 支架铣斜槽夹具装配 19

4.2 支座刨面和槽组合夹具三维建模 19

4.2.1 压紧件建模 19

4.2.2 支承件建模 21

4.2.3 支座刨面和槽组合夹具装配 23

第5章 模型后期加工 25

5.1 solidwork 格式输出 25

5.2 组合夹具拆装动画制作 26

5.2.1 wrl格式文件的导入设置 26

5.2.2 拆装演示动画的设置 27

5.2.3 动画相机的创建 29

5.3模型材质加工 30

5.3.1 材质的设置 30

5.3.2 创建灯光 30

5.3.3材质烘焙 33

5.4 模型与动画导出 35

第6章 基于VR-Platform的虚拟场景实现 36

6.1 模型数据的导入 36

6.2 界面的设计与制作 36

6.2.1 界面的设计 36

6.2.2 界面的创建 40

6.3 交互脚本的制作 42

6.3.2 滑杆控制刚体动画播放 43

6.3.3 界面脚本 48

6.4 虚拟系统的发布 50

6.4.1 项目设置 50

6.4.2 虚拟环境的发布 50

第7章 总结与展望 53

参考文献 54

致 谢 55

第1章 绪论

1.1虚拟现实的国内外发展现状

虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)是近年来发展起来的一项新型技术。它是一种可以用来创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，利用计算机生成虚拟环境，由多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可以使使用户完全沉浸到该环境中。这项技术的发展将会对未来科技发展有很大的影响，特别是在用户体验方面，我们将更真实的体验到虚拟世界。^［1］

目前，虚拟现实技术仍然处于多媒体技术发展的较高境界，它是由多媒体技术、人机接口技术、传感器技术等多种技术的高水平集成和渗透所得。国内外许多研究学者对虚拟现实技术在各种不同的领域的应用都作了很多研究和探讨，也取得了很多有进步意义的研究成果。下面我们将讨论虚拟现实技术在国内外发展的情况：

处理和应用研究方面是处于领先位置的，并且在硬件和软件领域处于领先；德国也都积极进行了虚拟现实技术的研究和应用，德国将虚拟现实技术应用在改造传统产业、展示产品以及培训三个方面，这样可以达到降低成本、吸引客户的目的。^［4］

1.2研究背景

网络教学对未来教育的发展非常重要，它的发展也较为迅速，现在很多学科都已经实现了网络教学。而对一些注重实践的学科，实验课程是很重要的，这能够培养学生的动手能力和解决问题的能力。所以这些实践性很强的学科的网上教学就需要网络虚拟实验的支撑了。网络虚拟实验是一种支持远程学习的教学系统，弥补了在网络环境下开展远程教学的不足，其广阔的应用前景吸引了越来越多研究者的关注。组合夹具拆装实验是机械制造工程的基础性实验，实践性很强，主要锻炼学生的实际操作能力和对专业知识的巩固学习。该实验传统的教学方法是在实验室中，准备多套组合夹具和拆装工具，让学生在老师的指导下进行拆装实验，来达到实验目的。但往往由于实验设备、工具的数量太少，从而导致实验效果和效率不满意。同时，在实际的组合夹具拆装过程中，各零部件的磨损和损坏比较大，提高了教学成本。所以我们可以设计一套这样的虚拟拆装系统，来代替传统的实验课程，尽最大可能的建立真实的组合夹具实验环境，让学生来交互操作。让学生能够了解的所要学习的组合夹具的结构、装配方法等，巩固所要学习的专业知识。