摘 要

针对目前工业生产领域现有的实训车间建设费用和运行成本高，所需的实践教学与操作培训无法大规模开展，操作人员的实训条件难以保证等问题。本文以中车唐山机车车辆有限公司的高铁动车组总装生产线车间为研究对象，通过对三维建模技术、虚拟仿真技术以及人机交互技术的研究，设计了一款适用于中车唐山公司的工艺装配教学软件。

本文以模拟真实装配过程为原则，采用主流的建模软件3ds MAX建立高铁动车组总装车间及装配生产线模型，搭建车间虚拟环境并制作仿真动画。选用游戏引擎Unity3D作为开发平台，在Unity3D中实现总装车间与装配生产线的可视化。选用C#作为开发脚本语言，设计软件的交互方式，最终实现UI界面和装配过程的人机交互仿真。

通过本文所研究的方法，开发的虚拟仿真系统是可以实现的。在三维技术广泛普及的工业4.0时代，工业领域上虚拟仿真系统的发展将在我国工业生产的控制和员工培训等方面发挥至关重要的作用。

关键词：虚拟现实；工业仿真；软件开发；三维建模

Abstract

In view of the current industrial production area of the existing training workshop construction costs and operating costs, the required practice teaching and operation training can not be carried out on a large scale, the operator's training conditions difficult to guarantee and other issues. Based on the research of 3D modeling technology, virtual simulation technology and human-computer interaction technology, this paper designs a process suitable for the process of Tangshan Company, which is suitable for Zhongtang Tangshan Company. Assembly teaching software.

Based on the principle of simulating the real assembly process, this paper uses the mainstream modeling software 3ds MAX to set up the assembly line and assembly line model of the high-speed rail EMU, build the workshop virtual environment and make the simulation animation. Using the game engine Unity3D as a development platform, in Unity3D to achieve assembly shop and assembly line of visualization. C # as the development of scripting language, design software, interactive way, and ultimately achieve UI interface and assembly process of human-computer interaction simulation.

Through the methods studied in this paper, the development of the virtual simulation system can be achieved. In the era of extensive popularization of 3D technology, the development of virtual simulation system in industrial field will play an important role in the control of industrial production and staff training in China.

Key Words：Virtual reality; industrial simulation; software development; 3D modeling

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 虚拟现实概述 1

1.1.2 桌面虚拟现实 2

1.1.3 虚拟现实技术在制造业中的应用 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究内容及研究意义 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 研究意义 4

第2章 虚拟仿真平台的相关技术 5

2.1 三维建模技术 5

2.1.1 建模软件选择 5

2.1.2 建模技术研究 5

2.2 虚拟仿真技术 6

2.2.1 仿真软件选择 6

2.2.2 仿真技术研究 7

2.3 人机交互软件开发技术 7

2.3.1 开发引擎选择 7

2.3.2 开发脚本选择 8

2.3.3 开发技术研究 8

第3章 高铁动车组总装车间可视化研究 9

3.1 三维模型设计 9

3.1.1 模型设计的基本原理 9

3.1.2 模型创建 9

3.1.3 模型优化及导出 10

3.2 装配工艺仿真设计 11

3.2.1 仿真动画基本原理 11

3.2.2 装配工艺优化 11

3.2.3 受电弓装配仿真 12

第4章 总装车间装配仿真系统设计 15

4.1 系统简介 15

4.2 仿真系统功能实现 15

4.2.1 虚拟平台简介功能设计 15

4.2.2 厂房漫游功能设计 16

4.2.3 工艺装配示教功能设计 17

4.2.4 工艺装配实操仿真设计 17

4.3 人机交互界面设计 20

4.4 系统功能调试 21

第5章 结论与展望 22

5.1 全文总结 22

5.2 展望 22

参考文献 22

附 录 24

附1 延时 24

附2 拖拽 24

附3 鼠标控制 26

附4 高亮 27

附5 工艺卡 28

附6 Shader 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 虚拟现实概述

虚拟现实作为一项成品展示效果极佳的新技术，近年来受到了各行业人员的广泛关注。它融合了计算机图形学、广角立体显示等多种技术，通过将真实环境虚拟数字化，给使用者带来了身临其境的感受^[1]。操作者在使用虚拟设备时，视线与环境中的实际景物被头盔眼镜隔离，此时只能看见三维形式的虚拟世界。在使用过程中，操作动作是实际存在的，而计算机可识别这些动作并处理这些信息，使操作者与虚拟场景中的物体进行互动，从而使操作者产生自己就处于虚拟世界的错觉。