摘 要

虚拟现实是当下高速发展的一项技术，在各行各业被广泛运用。而基于计算机仿真技术与虚拟现实技术的数字车间也是当下的研究热点，当数字车间的技术能成熟的应用于实际生产建设中去，将会带来巨大的经济效率。

本文综述了该课题的背景，国内外现状及本文的目的和意义。本文根据厂区布局规则与要求，设计了一个小型的厂区，厂区根据机床成组原则分布，加工区分为普通车，普通铣，数控铣和加工中心，可以完成车轴，插齿轮等工艺，并建造了一个数字车间。

经SolidWorks构建了厂房及机床设备的三维模型，在3Ds Max 中给机床添加了加工动画，以仿真机床车轴、插齿轮过程。通过Unity 3D 软件构建了虚拟现实的场景，一个数字化车间。通过添加贴图和设置刚体等参数，使所建的场景接近于真实。最后,在戴上HTC VIVE 头显设备之后,观看到虚拟场景,就可以在广阔的厂区里进行漫游,观看数字车间的细节和机床动画。通过直观的三维场景显示,从而优化厂区设计规划。

关键词：虚拟现实 数字车间 车间建模 厂区布局规划 交互漫游

ABSTRACT

Virtual reality is the current rapid development of a technology, used in all walks of life. The digital workshop based on computer simulation technology and virtual reality technology is also the research hotspot. When the digital workshop technology can maturely applied in the actual production and construction, it will bring huge economic efficiency.

This thesis summarizes the background of the subject, the present situation and the purpose and significance of this article. According to the layout rules and requirements of the factory layout, a small factory area is designed. The plant area is divided according to the principle of machine tool grouping. The processing area is divided into ordinary vehicle, ordinary milling, CNC milling and machining center, and the process of axle and gear can be completed. And digital workshop is built.

SolidWorks built a three-dimensional model of the plant and machine tools, the machine was added with the processed animation in the 3Ds Max, used to simulate the machine axle, plug gear process. This article builds a virtual reality scene with Unity 3D software, a digital workshop. By adding a map and set the rigid body and other parameters, so that the scene is built close to the real. Finally, after wearing the HTC VIVE headroom device, watch the virtual scene, you can roam in the vast plant, watch the details of the digital workshop and machine animation. Through the intuitive three-dimensional scene display, to optimize the plant design and planning.

Key words: virtual reality digital workshop workshop modeling plant layout planning interactive roaming.

目录

目录 III

第一章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

1.2.1研究内容 3

1.2.2 研究目标 3

1.2.3 拟解决的关键问题 3

1.2.4 研究方案及措施 4

1.2.5论文结构 4

第二章 数字车间的厂区规划 5

2.1车间布局规划的目的 5

2.2车间布局常用的类型 5

2.3厂区规划要实现的要求 6

2.3.1车间布局的依据 6

2.3.2 作业单位面积与特殊要求 6

2.4初步布置方案 7

2.5 本章小结 8

第三章 数字车间的三维建模 9

3.1模型建立工具 9

3.1.1 SolidWorks三维软件简介 9

3.1.2 3ds Max渲染工具简介 9

3.2普通车床模型建立 9

3.2.1三维模型的建立 9

3.2.2车床模型整体效果图 11

3.2.3车轴动画的建立 12

3.3插齿机模型建立 13

3.3.1三维模型建立 13

3.3.2插齿机模型整体效果图 14

3.3.3插齿轮加工动画的建立 15

3.4一级圆柱齿轮减速器模型的建立 16

3.4.1 三维模型的建立 16

3.4.2 装配动画的建立 17

3.5厂房模型的建立 17

3.6本章小结 18

第四章 数字车间的交互漫游 19

4.1 Unity软件简介 19

4.2 虚拟场景的构建 19

4.2.1 厂区情景的构建 21

4.2.2 机床的添加 23

4.2.3 场景完善 25

4.3第一人称视角漫游 26

4.4 人机交互漫游的实现 28

4.4.1 虚拟现实硬件设备 28

4.4.2 软件操作与交互实现 30

4.5 本章小结 36

第五章 环境经济性分析 37

5.1环境影响分析 37

5.2经济性分析 37

第六章 全文总结与展望 38

6.1 全文总结 38

6.2 展望 38

致谢 40

参考文献 41

第一章 绪论

1.1目的及意义

虚拟现实技术是如今很火热的技术之一,,它充分地体现了计算机与人工智能等多个领域的最新成绩[^[1]]。它的研究目标就是:运用电脑软件,通过一些特定的外部设备,将真实的场景模拟出来。让人们有一种真实的感受,即让人们在味觉触觉感觉等方面觉得这个世界是真实的。在这个虚拟的环境下,人们可以和虚拟的世界互动,就像在真实的世界感受一样。

美国科学家Brudea G.首先提出了虚拟现实技术的三个特性[^[2]]。这三个特征并不单独存在,他们互相影响,另外两个支持着另一个的存在。如图1.1所示。

图1.1 虚拟现实技术的三个特性

沉浸性是指使用者在虚拟的世界里难辨真假,即使用者在感觉触觉味觉等方面,觉得这个虚拟的世界是真实的。使用者会觉得自己就是该场景的一部分,可以像真实的世界一样进行活动。而要达到这个特性,外在设备必须对使用者产生和真实世界一样感觉刺激,如声音,触感等感觉。

交互性包含自然性和实时性。自然性表示人与虚拟世界的交互能够很自然地进行,人很随意的动作就是在和虚拟世界交互,这和现实世界一样,如我们抬起头,在虚拟世界就能看到天空,而这必须通过外在的设备来完成。实时性就是我们在虚拟世界做的动作会马上改变这个世界,如当在虚拟现实里移动椅子,那么椅子就会改变位置,到达人想要它出现的位置。