摘 要

本课题针对当前学习演示、维修培训领域下教学直观性不足、费时费力、成本高昂等缺点，开发了可提升学习兴趣、提高学习质量的虚拟装配学习系统，以全新的知识传递方式开展学习与教学工作，从而减少训练场地、实验器材、时间资源的浪费。

主要的研究内容有以下几点：

1. 行星减速器模型建立：根据行星减速器尺寸等相关结构参数，选用Solidworks进行建模，利用3ds Max调整模型生成.FBX文件，并将该文件导入Unity 3D中进行必要的模型处理。
2. 虚拟装配功能开发：利用HTC VIVE设备进行虚拟装配的开发，实现装配过程中零件的拾取移动、顺序约束、学习引导和姿态调整功能。
3. 评价体系构建：利用程序设计语言进行脚本编写，将评价体系同装配流程有机融合起来，对装配过程中的操作质量进行评估打分。

本课题研究下的虚拟装配学习系统，在装配过程中集中考量用户对装配体零部件的认识和对装配操作的学习，有效解决了传统机械装配过程中存在的各种弊病，为用户提供了近于真实的虚拟装配体验。一方面，该系统为教学实验提供了足够的安全保证，减少了价格成本和空间成本上的过度消耗；另一方面，沉浸式、引导式的虚拟教学大幅激发学生的学习兴趣，调动学生学习参与的积极性，有效地提升了教学效率和教学质量。

关键词：虚拟现实，虚拟装配，HTC VIVE，Unity 3D

Abstract

This topic develops a virtual assembly learning system that can enhance learning interest and improve learning quality, and develops learning and teaching with new knowledge transfer methods. Work, thereby reducing the waste of training venues, laboratory equipment, and time resources.

The main research contents are as follows:

1. Planetary reducer model establishment: According to the structural parameters such as the size of the planetary reducer, Solidworks is used for modeling. The 3ds Max adjustment model is used to generate the .FBX file, and the file is imported into Unity 3D for necessary model processing.
2. Virtual assembly function development: The development of virtual assembly is performed by using HTC VIVE equipment, which realizes the picking movement, order constraint, learning guidance and posture adjustment function of parts during assembly.
3. Evaluation system construction: Scripting is written by programming language, the evaluation system is organically integrated with the assembly process, and the operation quality in the assembly process is evaluated.

The virtual assembly learning system under the research of this subject concentrates on the user's understanding of assembly components and the learning of assembly operations in the assembly process, effectively solving various shortcomings in the traditional mechanical assembly process, providing users with near For a real virtual assembly experience. On the one hand, the system provides sufficient safety guarantee for teaching experiments, reducing the excessive cost of cost and space cost; on the other hand, immersive and guided virtual teaching greatly stimulates students' interest in learning and mobilizes students to participate in learning. The enthusiasm of the school has effectively improved the efficiency of teaching and the quality of teaching.

Keywords: virtual reality, virtual assembly, HTC VIVE, Unity 3D

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1虚拟装配学习系统概述 1

1.1.1 选题背景 1

1.1.2 课题研究的目的及意义 2

1.1.3 国内外研究现状 3

1.2论文的主要研究内容 4

1.3论文结构安排 5

1.4本章小结 6

第二章 系统开发分析及软硬件介绍 7

2.1系统开发分析 7

2.1.1系统服务对象 7

2.1.2系统设计要求 7

2.1.3系统开发框架 7

2.2开发环境与硬件平台 8

2.2.1虚拟现实技术概述 8

2.2.2三维建模与渲染软件 9

2.2.3 Unity 3D开发引擎 10

2.2.4 HTC VIVE设备 11

2.2.5 C#程序设计语言 12

2.3本章小结 12

第三章 行星减速器装配序列分析 13

3.1行星减速器介绍 13

3.2装配序列的规划与描述 14

3.3本章小结 17

第四章 虚拟装配学习系统的开发 18

4.1系统开发具体流程 18

4.1.1流程介绍 18

4.1.2关键问题 19

4.2行星减速器三维建模 19

4.3虚拟环境搭建 20

4.3.1插件配置 20

4.3.2场景布置 21

4.3.3模型的导入与处理 21

4.4虚拟装配功能设计与优化 22

4.4.1拾取移动开发 22

4.4.2装配顺序设计 24

4.4.3虚拟体验优化 25

4.5评价体系构建 27

4.6本章小结 28

第五章 总结 29

5.1可行性分析 29

5.2全文总结 29

5.3展望 30

参考文献 31

致谢 33

绪论

1.1虚拟装配学习系统概述

选题背景

机械设计制造作为支柱型行业，在国家的各项发展中，处于基础性的关键地位。对国家经济的发展、社会的进步、人民生活质量的提高有着尤为重要的影响。随着工业技术的快速革新，科技的不断进步，复杂机械的应用越来越广泛。在全球经济一体化的时代背景下，日趋激烈的市场竞争对机械产品的设计开发速度、产品质量、生产效益等产生了更高的要求，企业及学科的相关专业遇到了前所未有的压力，这既是机遇，也是挑战^[1]。

传统的机械制造业在产品开发和生产装配等方面均存在着诸多问题。在产品的设计过程中，存在着开发周期过长，设计成本过高，开发过程繁琐等一系列困难。而在生产装配的环节，由于复杂机械装配体具有结构复杂、零件繁多、技术先进、成本昂贵等特点，会给装配指导、维修训练等相关的学习过程带来极其不利的影响。这些问题所带来的时间、空间以及金钱成本，迫切需求业界设计出一种新的技术方案，使设计开发与生产装配表现出高度的柔性，以适应当前不断细化、多样化的市场需求。