摘 要

近些年来随着我国航海领域的不断发展，船员的培训工作量也逐步加大，而在航海教学过程中，实践课的教学又一直是各大航海院校教学的重中之重。传统的实践课程是面对面进行拆装，首先这不仅需要大量的人力物力，而且实际模型和工具也是十分昂贵的，加之保养管理都需要大量的资金。与此同时在教学效果上也并不理想，实体模型的有限无法满足所有学员对往复泵的熟练掌握,而且在课程过后也无法得到很好的回顾。而运用虚拟装配则很好的解决了这些问题，虚拟装配实现了虚拟技术与装配技术的结合，依托虚拟技术的交互性、沉浸性的特点使装配更加符合接近现实。如此便解决了资金、教学效率等问题。

本次毕业设计利用虚拟装配进行了对往复泵的模拟拆装。研究方法归纳为如下：

1. 运用PRO\E构建出往复泵的模型。

（2）利用3DMAX对泵进行材质的赋予，使往复泵呈现出金属光泽。

（3） 利用Virtools编写的程序块，使往复泵能够模拟呈现出自动拆卸和分组组装。

本次毕业设计利用Virtools互动行为模块实现对往复泵的虚拟操作。实现往复泵的模拟拆卸和手动装配两项重要功能，在了解泵体的内部结构的过程中，了解了往复泵的拆装顺序和过程，对教学具有很大意义。

关键词：Virtools 装配 3DMAX PRO\E

Abstract

In recent years, with the continuous development of China's maritime areas, the crew training workload has gradually increased, and in the course of navigation teaching, practice teaching has been the major sailing colleges and universities teaching the most important. Traditional practice courses are face-to-face for disassembly, first of all, this requires not only a lot of manpower and resources, but also the actual model and tools are very expensive, combined with maintenance management requires a lot of money. At the same time in the teaching effect is not ideal, the physical model of the limited can not meet all the students on the reciprocating pump mastery, but also after the course can not get a good review. The use of virtual assembly is a good solution to these problems, virtual assembly to achieve a combination of virtual technology and assembly technology, relying on the virtual technology interactive, immersive features make the assembly more in line with the reality. So that will solve the funds, teaching efficiency and other issues.

This course was carried out using virtual assembly to simulate the disassembly of reciprocating pump. The research methods are summarized as follows:

(1) the use of PRO \ E to build a reciprocating pump model.

(2) the use of 3DMAX pump to give the material, so that the reciprocating pump showed metallic luster.

(3) using Virtools prepared by the program block, so that the reciprocating pump can be automatically removed and manual assembly.

 This course uses the Virtools interactive behavior module to achieve the virtual operation of the reciprocating pump. To achieve the pump simulation and manual assembly of two important functions, in understanding the internal structure of the pump process, to understand the reciprocating pump disassembly sequence and process, with the teaching of great significance.

Keywords: Virtools 、Assembly、 3DMAX、 PRO \ E

目录

第一章绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文的主要研究内容 2

第二章 虚拟技术简介 3

2.1 虚拟技术的介绍及特点 3

2.2 虚拟工具工具的简介 3

第三章 基于Virtools实现往复泵虚拟拆装总体规划 5

3.1 虚拟拆装的需要分析 5

3.2 Virtools的介绍及使用原因 5

3.3 基于Virtools平台上实现的装配功能 7

3.3 .1 功能流程图 7

3.3 .2功能流程 8

第四章 模型的前处理 9

4.1 应用POR\E进行建模 9

4.2 用3DMAX进行渲染 10

第五章 Virtools交互制作 12

5.1 在Virtools中加入灯光 12

5.2 在Virtools虚拟交互的实现 12

5.2 .1摄影机的建立 12

5.2.2装配演示操作 14

5.2.3分组装配制作 17

5.3 界面及菜单制作 23

5.4 后期交互的处理 24

第六章 结论 27

第一章绪论

1.1 课题研究背景和意义

往复泵具有效率高、排量大的特性，拥有良好的吸入性能，可以输送含有杂质和粘度高的液体^[1]。由于往复泵在船舶业的大量使用，所以在船舶实训过程中，往复泵的模拟拆装就变得十分重要。现如今拆装教学分为三种：第一种是现场老师面对面拆装，在传统的航海教学中，通过拆装往复泵可以了解往复泵各部分的结构以及往复泵运动过程。目前大多数学校采纳的是实物拆装或是用代替模型，长处是直观、不抽象、不笼统，然而实物模型一般都价值不菲．加之学生人数多，所以不是每个学生都能够自己亲手进行一遍整体实验^[2]，耗费了大量的人力物力，而且需要花在管理和维修的资金又很昂贵。第二种是用flash进行动画演练，这种方式虽然较第一种节省了大量的人力和物力，但是空间感不足代入感不强烈，且缺乏交互功能。第三种则是本次设计介绍的使用3D仿真技术进行虚拟装配。既可以生动真实的反映往复泵的整体模样也可以增强软件的交互性和代入感，使教学效率得以大大提升。

虚拟拆装技不仅在教学领域得以运用，在工业设计、生产制造等方面也得到广泛的应用。随着我国工业的发展，虚拟拆装技术也广泛运用到各个行业之中。比如在工业制造方面：通过虚拟技术可以在进入流水线前，进行操作的模拟。这样可以很好的避免因为失误或者考虑不周而带来的损失，提高了工作效率，降低了失误率。在交通领域：随着海上和空中运输业的不断发展，为了培养更多的飞行和航海的人才，进行飞行模拟和航海模拟既可以提高相关人员的技术水平和驾驶水平，进而大大降低了成本，也可以把危险性降到最低。在游戏产业方面：运用虚拟技术制作出了很多大型游戏，可以制作出大型精美的地图，有强烈的代入感^[3]。

1.2 国内外研究现状

国外；Valerie G. Press; 等人首先发现了适应性V-TTG学习教导吸入器技术的疗效。并证明了V-TTG技术具有改善护理过程中医疗保健的潜力^[4]。František Hrozek;等人通过介绍利科视斯国家剧院的历史建筑论证了用虚拟现实技术保护历史建筑的方法和意义^[5]。P. Škoda利用天文虚拟观测站（VO）发现当代天文产物^[6]。Brenda K. Wiederhold等人进行沉浸式虚拟技术（IVT）系统的开发，服务于一个实践社区^[7]。

国内：胡亮、王兰美、宋宏鹏、亓洪亮等人实现从机械CAD软件到Virtools开发平台的导入^[8]。Wang Zhi-qiang等利用3D可视化技术，为虚拟包的开发铺平了道路，使虚拟包的设计和实现更加方便，高效，视觉上合理，科学上更具可行性^[9]。廖红梅探讨了计算机虚拟制造技术在现代制造业中的实际应用，展望虚拟机械制造技术的最新发展^[10]。

1.3 本文的主要研究内容

(1)利用PRO\E建模软件实现对往复泵模型的构建。

(2)利用3DMAX技术实现对零件材质的赋予，使零件看起来更加符合真实零件的效果。

（3）利用Virtools进行编程实现泵的自动分解和分组手动装配，并对界面进行编程，使其能够通过点选上面的按钮进行相应的步骤。

第二章 虚拟技术简介

2.1 虚拟技术的介绍及特点

虚拟技术是人类近现代以来智慧的结晶，是近几年出现的高新技术，里面蕴含了许多像人体工程、计算机信息工程技术、遥感技术、人工智能、三维立体显示技术等新兴技术成果。虚拟技术以计算机技术为基础，建立一个虚拟的世界，使用户身临其境，听觉、视觉、嗅觉、感觉相结合抵达一种身临其境的效果。虚拟技术结合了科学、数学、拓补学、遥感学、人体科学等技术，应用于城市规划、军事研究、工业生产、服务行业等各项领域，这一技术的特点可以给用户创造一个虚拟的环境，在虚拟环境中，用户通过一系列的感知行为与这个虚拟现实的环境产生交互，可以使用户完全沉浸其中，通过一系列互动与虚拟环境产生交互作用，从而引起虚拟环境的变化，使用户和其产生交互进而从“可用性”和“用户体验”两方面满足客户的需要。

虚拟技术的特点包括沉浸性，交互性，构想性。

沉浸性是指用户对虚拟的实物有了真实的感觉，产生一种难以辨别是现实还是虚拟的感觉，所以运用虚拟技术于拆装上，可以很容易使用户身临其境达到模拟现实拆装的目的，从而消除了在现实过程中拆装的种种不便。

交互性是一个运用范围很广的词汇，通常用于计算机领域，人对虚拟的东西发出信号后，会得到相应的反馈，就比如人握住苹果，苹果会向下去压住手；用手推墙会被墙反推。因为有了反馈，所以人可以自由操控虚拟系统实现自己想要达到的目的。

构想性主要是指虚拟空间很有包含性，可以根据自己的想法构造出不同的效果。体现了虚拟空间很大，可以实现设计者的思想和方案，来时先自己的目的，把本身不存在的东西得以实现。构建出一个理性的虚拟世界。

2 .2 虚拟工具工具的简介

VR－Platform(VRP)：VRP是一款由中视典数字科技有限公司独立开发的具备完全自主知识产权的直接面向三维美工的一款虚拟现实软件。该软件适用性能强、操作很方便、功能也很强大、可视度高、应用于很多领域包括军事、工业、教育、信息、商业、娱乐等，由于其性价比高，操作简单，使高精难的操作走向大众，使软件由高级走向平民化，在国内市场有很高的占有率。

Quest3D:使用Quest3D，可以不花任何程序的功夫，构建出理想的 3D互动世界。在Quest3D里，所有的编辑器都是可视化、图形化的。使用Quest3D可以几乎不用手写什么代码，就能创建出应用图形程序。在同等软件里Quest3D几乎是性能最高的，拥有强大而漂亮的图形效果，拥有人工智能，数据库操作等附加功能，强大的网络模块支撑和漂亮的粒子特效系统。应用于工业、军事、动画等产业，且在游戏业和动漫业应用最广泛。

EON Studio：EON Studio 是一种依据图形使用者接口，用来研发实时3D 多媒体应用程序的工具。输入模型后可以通过EON Studio赋予模型动画，通常都是先用3DMAX等工具进行建模，之后再导入EON赋予动作。在电子商务营销、数字学习、教育训练与建筑空间等领域应用广泛。