基于KeyShot5.0對機床建模后的虛擬場景實現(xiàn)及教學實踐應用

費姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術學校，江蘇 無錫 214000）

基于KeyShot5.0對機床建模后的虛擬場景實現(xiàn)及教學實踐應用

費姝霞

（江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術學校，江蘇 無錫 214000）

KeyShot是一個互動性的光線追蹤與全域光渲染程序，可產(chǎn)生相片般真實的3D渲染影像。文章簡單闡述了利用KeyShot5.0對完成建模的CA6140臥式機床的渲染過程，并展示了在虛擬軟件環(huán)境下的相關功能的實現(xiàn)，并舉例演示在教學實踐中的應用。

KeyShot；渲染；虛擬；實踐

0 引言

KeyShot意為“The Key to Amazing Shots”，是一個基于LuxRen-der內(nèi)核的實時光線跟蹤和全局照明程序。它通過對材質(zhì)-環(huán)境-光照-貼圖的模塊化設定，操作者即可看到渲染后的效果。KeyShot可以直接打開三維模型,能很好的支持多種3D軟件格式且兼容性強。KeyShot自帶豐富材質(zhì)樣式近200種類型。另外Keyshot也是有名的急速工業(yè)渲染器，在渲染光滑反光材質(zhì)時軟件進行即時著色，運算迅速，渲染效果突出。

1 模型數(shù)據(jù)的導入

1.1 模型導入

KeyShot5不能直接創(chuàng)建三維零件，需要先使用Solidworks三維軟件創(chuàng)建一個實體格式的圖檔。因此，之前先利用Solidworks對CA6140型臥式車床的所有零部件完成建模，并都保存為Step通用格式，以便導入。在執(zhí)行文件導入過程中，在格式中選擇所有格式，導入轉(zhuǎn)換的圖檔，導入的模型路徑和模型文件名必須為全英文，如圖1所示。

圖1 文件導入圖

1.2 材質(zhì)設置及模型渲染

Keyshot5中提供了材質(zhì)庫，也可以進行許多的網(wǎng)絡材質(zhì)和環(huán)境的下載。文件導入之后，便可打開資源庫。Keyshot5軟件可以在項目中進行實時渲染及最終渲染。也可以通過設置渲染的質(zhì)量及分辨率，圖片大小，文件格式等各方面參數(shù)，影響最終的渲染效果。在設置好渲染輸入路徑、材質(zhì)、環(huán)境后，按ctrl+p對模型進行渲染，完成機床的渲工作。為了讓學習人員有置身車間的真實感，在制作時還可以利用Keyshot5添加背景渲染。選好場景及材質(zhì)后，最后保存成bip源文件，方便后續(xù)文件的渲染及動畫制作。

2 機床透明外觀結(jié)構(gòu)展示

在Keyshot5軟件環(huán)境下，通過三維虛擬仿真，使機床的內(nèi)外部被更直觀的展現(xiàn)在學習人員的面前，以便更快速、準確的了解機床的整體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 機床整體透明渲染圖

3 結(jié)構(gòu)分析

同樣在Keyshot5軟件環(huán)境下，還能立體全景透視機床結(jié)構(gòu)，學習人員可以通過模擬演示，直觀了解機床內(nèi)部運動傳遞。以機床主軸箱為例，如圖3所示。

圖3 主軸箱透明渲染圖

4 部件拆裝

學習人員根據(jù)三維仿真，在Keyshot5軟件環(huán)境下可以對機床各部件進行拆裝，熟悉各部件的運動關系和先后裝配順序。如圖4所示為主軸部件的拆裝圖。

圖4 主軸部件拆裝圖

5 運動演示

根據(jù)機床的實際功能，進行正確運動的視頻演示。視頻制作首先調(diào)出動畫向?qū)Вx擇動畫類型，最終保存成avi格式，完成的視頻截圖如5所示。

圖5 虛擬仿真視頻

6 教學實踐

機床尾座拆裝練習（圖6）。

具體拆卸順序：a拆下螺絲，再拆手柄；b拆下手輪及連接著的螺桿；c拆除頂尖，拆下套筒。需要注意的是鍵、銷、墊片、彈簧等小部件也拆下來。拆卸完成后再完成安裝工作并確定是否可以再次使用。

在進行上述教學的過程中，事先將學生分成A、B兩組，A組學生借助虛擬仿真平臺完成學習，根據(jù)平臺提供的在線練習，及時反饋學生對理論知識的掌握情況。在虛擬拆裝環(huán)境中，學生自主選擇平臺提供的機床、工具、材料等模型，只有操作正確才能完成模擬拆裝。教學過程中只需一位教師，通過電腦同步觀測學生的練習情況，及時指導以便安排學生去實訓車間實際拆裝。B組的學生則按照傳統(tǒng)方式進行教學。

圖6 機床尾座結(jié)構(gòu)

結(jié)合A組和B組同學的具體實踐，結(jié)果顯示：A班學生通過理論測試正確率達到95%以上，而B班則只有80%左右；A組學生的拆裝熟練度遠高于B組，且出錯率更低；隨機訪談中A組同學普遍反映借助虛擬實訓平臺講授更直觀、更能吸引注意力，拆裝練習時間更充分，掌握效果更好。實訓教師則反映借助虛擬平臺，大大減輕了實訓壓力，避免了設備不足的問題，也更及時的了解學生掌握情況。最終說明采用虛擬仿真教學平臺輔助普通機床拆裝實訓，能顯著提升教學效果。

7 結(jié)語

本文基于KeyShot5.0的虛擬場景實現(xiàn)，對三維機床模型進行了材質(zhì)渲染和場景引入，實現(xiàn)了全方位模型虛擬展示、虛擬拆裝。同時以機床尾座拆裝實訓為例，進行虛擬仿真教學和傳統(tǒng)教學的比較，結(jié)果突顯了用虛擬仿真平臺進行課程教學的優(yōu)勢，師生反響較好，也為后續(xù)開展更大范圍的實踐打下基礎。

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