摘 要

船用齿轮泵是应用最广泛的容积式液压油泵，区别于其他泵，齿轮泵简单紧凑、体积小、重量轻、自吸能力好、对污物不敏感、工作可靠、使用寿命长、便于维护修理、成本低，这些优点让齿轮泵广泛运用于船舶上。因而身为轮机学子，必须对齿轮泵的结构了如指掌。想要熟悉齿轮泵的结构，就必须动手实践，多次拆装。但是如今由于很多学校受限于资金，场地等，为了节省成本，很多实验都无法亲身体验，只能依靠老师讲解或者书本上的知识自行体会，这些问题都严重地影响了学生的实操经历和动手实操能力，并与我国素质教育的目的相违背。齿轮泵虚拟拆装系统的实现势在必行。

本文旨在开发船用齿轮泵的虚拟拆装系统，让学生不受空间和时间的限制，免现实场地拆装中存在的各种各样的拆装风险和错误操作对人身或者设备造成的危害。

本文通过对本专业学生拆装实习的反馈的分析，在理解船用齿轮泵的结构特点和工作特性的基础上，运用3DMAX建立模型，接着使用Photoshop进行渲染加工，然后在virtools上适合地组合这些行为模块加以模型，创造出船用齿轮的虚拟拆装系统，通过这个虚拟拆装系统的实现来代替传统的人工实操拆装。

本文中的齿轮泵虚拟拆装系统包括实体观察工具、装配演示工具、分组装配工具、考核工具，考试考核是建立在拆装实训基础上的对用户操作正误的判断。该船用齿轮泵虚拟拆装系统提供给轮机学子更广阔的学习空间，也适用于船员考证的学习，并且方便用户在任意空间或任意的时间学习或训练。

关键词:Virtool，虚拟拆装，船用齿轮泵，系统开发与实现

Abstract

Marine gear pump is the most widely used volumetric hydraulic pump, with a simple compact, small size, light weight, self-absorption ability, is not sensitive to dirt, reliable, long life, easy maintenance and repair, low cost, So widely used in ships. And therefore as a marine student, must be well aware of the structure of the gear pump. Want to be familiar with the structure of the gear pump, it must be hands-on practice, multiple disassembly. But now because many schools are limited to funds, venues, etc., in order to save costs, many experiments can not personally experience, can only rely on the teacher to explain or the knowledge of the book itself, these problems have seriously affected the students' Hands-on ability, and with the purpose of quality education in China contrary. The Realization of Virtual Disassembly and Disassembly System of Gear Pump Is Imperative.

The purpose of this paper is to develop a virtual disassembly system for marine gear pumps, so that students are not subject to space and time constraints, free of the actual site disassembly in a variety of disassembly and the risk of misuse of personal or equipment hazards.

Based on the analysis of the feedback of the students' disassembly and practice, this paper uses 3DMAX to build the model on the basis of understanding the structural characteristics and working characteristics of the marine gear pump, then use Photoshop to render and then combine these behavior modules on virtools To create a virtual disassembly system of marine gears, through the realization of the virtual disassembly system to replace the traditional manual operation and disassembly.

In this paper, the virtual disassembly system of the gear pump includes the entity observation tool, the assembly demonstration tool, the group assembly tool, the examination tool, the examination examination is based on the dismantling training based on the user operation judgment. The marine gear pump virtual disassembly system provides a wider learning space for the marine students, but also for the crew to study, and to facilitate the user in any space or any time to learn or training.

Key words: Virtool, virtual disassembly, marine gear pump, system development and implementation

目录

第一章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.1.1目的 1

1.1.2 意义 1

1.2 国外研究现状 1

1.3 国内研究现状 2

1.4研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2

1.4.1研究内容： 2

1.4.2研究目标  3

1.4.3研究所需的主要软件 3

1.5技术路线 4

1.6 本文结构安排 5

第二章 基于virtools的船用齿轮泵虚拟拆装系统的需求分析 6

2.1 船用齿轮泵虚拟拆装系统项目概述 6

2.1.1 功能概述 6

2.1.2 学生使用描述 6

2.1.3 可行性分析 6

2.2 本章小结 7

第三章 基于3Dmax和virtools的齿轮泵虚拟拆装系统的设计 8

3.1 系统流程图规划 8

3.2 Photoshop处理图片 8

3.2.1 Photoshop简介 8

3.2.2 相关图片的制作 9

3.3 3Dmax的相关处理 11

3.3.1 3Dmax介绍 11

3.3.2 3Dmax建模 12

3.3.3 3Dmax模型材质的处理 13

3.4 模型的导出 13

3.5 基于Virtools的齿轮泵系统设计 14

3.5.1 Virtools介绍 14

3.5.2 系统界面 15

3.6 导入模型和图片 16

3.7 添加灯光 17

3.8 设置齿轮泵材质 17

3.9 主要模块功能的实现 18

3.9.1 装配演示模块 18

3.9.2 碰撞检查 20

3.9.3 装配练习 21

3.10 总体说明 22

3.11 本章小结 22

第四章 系统的最终实现 23

4.1 生成系统 23

4.2 装配演示 23

4.3 虚拟装配 23

4.4 本章小结 23

第五章 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1目的及意义

1.1.1目的

虚拟现实（Virtual Reality）,又称灵境或者VR，是利用计算机图形图像技术生成一个逼真的三维虚拟环境^[1]。随着虚拟现实这种先进的人计算机接口技术的发展，解除了用户环境与系统之间的限制，打破了人们表达事物传统方法的局限，让人们可以用自己的想象，身临其境，用自然的行为与这种虚拟现实进行交流^[2]。目前虚拟现实广泛运用在教育，视景，医学等方面。

1.1.2 意义

如今由于很多学校受限于资金，场地等，为了节省成本，很多实验都无法亲身体验，只能依靠老师讲解或者书本上的知识自行体会，这与我国素质教育的目的相违背^[3]。但是利用virtools构建的模拟拆装系统有如下的优势;

1、利用虚拟拆装系统，可以让学生避免现实场地拆装中存在的各种各样的拆装风险和错误操作对人身或者设备造成的危害，学生可以放心地去做各种拆装实验，不用担惊受怕^[4]。

2、虚拟拆装系统可以让学生不受空间和时间的限制，学生只要没课的时候在寝室都可以在电脑上进行拆装。不需要另外开设一门拆装实验课，每次学生们集中到一起进行讲解实操^[5]。

3、虚拟拆装系统能让学生们反复练习，并且系统还能自动指出自身拆装的错误。基于虚拟拆装的无任何危险性，学生可以充分发挥实际动手能力、观察能力，不厌其烦的反复练习训练，这样也有利于培养卓越工程师。

1.2 国外研究现状

国外对虚拟拆装的研究起步较早，由于技术发展的前景较好，深受各界的支持与重视，取得了令人瞩目的成就^[6]。美国康斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）的Hari Srinivasan等人设计的有知识库、拆卸方法选择、拆卸分析、设计分析等多个模块构成的虚拟拆卸平台。用于学校学生的各类拆卸实操，让这个系统具有拆卸工艺分析和评价^[7]。华盛顿与州立大学与美国国家标准技术局联合开发的VADE虚拟装备系统也广受好评^[8-9]。BuckyJ. Dodda. Paulo D. Antonenkob^[10]研究信号的集成桌面虚拟现实技术与在线学习管理系统的技术的区别。并确定该桌面虚拟现实利用在线学习管理系统提供未来工作的具体领域。德国Fraunhofer工业研究所虚拟现实的实验室开发的第一个虚拟组装计划原型获得了1996年慕尼黑计算机系统展览会的最优秀奖 ^[11]。加拿大Windsor大学Yuan等将仿生智能引入虚拟装配，利用仿生神经网络规划装配序列，并对机器人最终指令进行评价和优化^[12]。德国Bielefeld大学人工智能与虚拟现实实验室将人工智能技术与虚拟现实技术相结合，基于构造工具箱(Construction Kits)^[13]，通过多年努力开发出了一个虚拟装配系统CODY。

1.3 国内研究现状

上个世纪90年代末期，我国才开始对探索虚拟现实技术，相比于国外已经被拉下很远了，但是我国发展迅速，并且取得卓越的成果。武汉大学与中国地质大学，浙江大学等学校合作成立虚拟现实实验室，提供精确解析分析和高性能真实感可视化的多尺度表达，为大规模三维空间数据的整合、管理、分析、可视化和综合应用提供完整的解决方案^[14-15]。哈尔滨工业大学的姚英学、夏平均等^[16]通过改进Cyberspher虚拟现实硬件系统的结构，开发了可以设置虚拟环境设计自由行走的系统，并以此为基础开发I-VAPTS（Immersive virtual assembly planning and training system）系统，用以支持大型复杂产品（如飞机、卫星、火箭等）的装配训练。华中科技大学的姜华^[17]等人在Pro/E环境下，在开发工具Pro/Develop的帮助下，开发了一个虚拟装配系统，该系统有几大功能模块:装配顺序规划、装配路径规划及装配过程全程仿真。

通过对国内外的研究虚拟现实的情况来看，国外的虚拟现实研究面向多个方面，特别是在教育方面效果卓越，但是我国由于起步较晚，我国的虚拟现实研究只是集中在教育，机械等小范围，与国外相比有比较大的差距。

1.4研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.4.1研究内容：

1）在知网上查找相关论文，了解对虚拟系统创建的方式。

2）系统结构的设计