基于eDrawings的三維虛擬可移動實驗室研究與實現(xiàn)

丘恩華，郭海峰，呂毅松，歐澤波，萬晟

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基于eDrawings的三維虛擬可移動實驗室研究與實現(xiàn)

丘恩華，郭海峰，呂毅松，歐澤波，萬晟

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510630）

提出用三維軟件開發(fā)環(huán)境建立機械零件的三維實體模型，利用3D動畫查看與測量軟件eDrawings for iOS，建設了三維交互式可移動虛擬實驗室系統(tǒng)，并描述了其實現(xiàn)步驟和體系結(jié)構(gòu)，最后集合實例闡述了三維虛擬可移動實驗室研究與實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

三維虛擬；模型匹配；素材；移動設備

1 虛擬實驗室簡介

虛擬實驗室的實質(zhì)是一個網(wǎng)絡平臺，通過這一平臺，可以進行一系列的實驗教學、技術(shù)交流和協(xié)調(diào)研發(fā)等活動。其主要的方法和形式是利用虛擬現(xiàn)實以及仿真技術(shù)，展開科學研究和工程設計。目前，虛擬實驗室已經(jīng)成為研究設計的新手段，并且與理論、實驗相得益彰，共同發(fā)揮著作用。

整體來講，如果對虛擬實驗室進行定義，可以圍繞以下兩方面的內(nèi)容進行：①通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，利用計算機系統(tǒng)創(chuàng)設虛擬的實驗環(huán)境，但是這種實驗環(huán)境極其逼真，實驗者在這種環(huán)境下的感受與真實環(huán)境毫無二致，可以很好地完成預定的實驗內(nèi)容和任務，有時候甚至會取得比真實的實驗環(huán)境更好的實驗效果。②打造一個交互的環(huán)境，這種實驗場所主要依賴相關(guān)的模擬程序和實驗參數(shù)，用戶可以通過建立新的實驗單元，在實驗場所中增添新的物體，進而豐富實驗內(nèi)容?？偠灾?，這兩方面的內(nèi)容雖然側(cè)重點和研究方向迥然不同，但還是可以找到其中的聯(lián)系和共同點，那就是虛擬實驗室相當于一個無墻實驗室。實驗人員可以使用計算機進行遠程控制，并且不受時間和空間的限制，能夠及時完成虛擬實驗的相關(guān)操作，獲得數(shù)據(jù)和資源，還可以進行指導和互動。

2 闡述eDrawings的特點及代表

eDrawings是非常實用且性能突出的CAD文件的查看工具，在設計之初，eDrawings的定位就十分清晰，就是用來實現(xiàn)設計交流和溝通的工具，方便用戶在沒有安裝其他CAD軟件的情況下，直接打開文件，而且支持多種格式。另外用戶還可以分享這些文件，或者是直接查看那些經(jīng)過壓縮處理的文件，尤其是AutoCAD、UG以及Inventor等發(fā)布的一些高度壓縮的3D文件，通過eDrawings瀏覽器可以實現(xiàn)無障礙查看。eDrawings的典型代表是eDrawings for iOS，它適用在iPad、iPhone等使用iOS系統(tǒng)的移動設備上檢查本地的eDrawings?文件、DraftSight?文件、SolidWorks?零件、裝配體和工程圖文件，通過多觸控手勢輕易理解2D和3D設計的區(qū)別。

eDrawings for iOS具有以下優(yōu)點：①可以在空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)、縮小、放大以及前后平移三維模型；②可以將涉及的詳細信息在必要時隱藏，避免重要信息泄露；③可以動態(tài)地查看三維模型的橫截面XY，YZ或ZX方向，從兩側(cè)輕松地在屏幕上方便地運用滑塊拖動來截取相交平面；④可以在三維模型上輕松地選擇面、邊、頂點、孔的過濾器來測量距離；⑤還可以在圖紙上創(chuàng)建標記，包括文字說明，符號，尺寸，橫截面視圖，照片，攝像頭快照，然后與其他人共享標記的eDrawings文件，進行更多的互動交流。

3 三維虛擬可移動實驗室實現(xiàn)步驟和體系結(jié)構(gòu)

3.1 三維虛擬可移動實驗室實現(xiàn)步驟

通常情況下，要想實現(xiàn)三維虛擬可移動實驗室，需要在以下幾方面做好開發(fā)工作：①收集素材。素材包括機械產(chǎn)品的原始平面圖紙、數(shù)據(jù)、文字、照片等，素材是進行系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。②建立三維模型。這一環(huán)節(jié)的重要性毋庸置疑，它直接決定著三維虛擬可移動實驗室實現(xiàn)的效果。如今可以匹配eDrawings的三維建模軟件有很多類型，如SolidWorks，AutoCAD，CATIA，UG，Inventor，Pro／ENGINEER。③模型裝配。模型裝配主要是完成機械產(chǎn)品的整體性，在這一步驟還需完成對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。④作品發(fā)布。采用以上建模工作開發(fā)的三維作品，作品開發(fā)完成后可以很方便地導出*.eprt，*.easm，*.sldprt，*.sldasm，*.stl.*.*.prt，*.asm，*.asm，等格式文件，這些文件格式都可以在eDrawings中打開并瀏覽使用。

3.2 體系結(jié)構(gòu)

基于eDrawings的三維虛擬可移動實驗室主要包括Apple移動設備及Web服務器組成，如圖1所示。

Web服務器主要提供Web服務，讓使用者可以進行遠程訪問、下載模型文件。它的功能與一般的遠程教學平臺一樣，主要包括對使用者的基本信息管理、對模型數(shù)據(jù)庫、信息數(shù)據(jù)庫、信息集成系統(tǒng)的集成管理。

圖1 三維虛擬可移動實驗室體系結(jié)構(gòu)圖

4 開發(fā)實例

4.1 三維模型和裝配體設計

本文使用SolidWorks三維建模工具對天生橋二級電站水輪發(fā)電機組采用1∶1的尺寸比例，分零件，并按照實物對每個零件命名進行三維建模。然后在SolidWorks裝配環(huán)境中組合所有零件，并設置相應的約束條件及干涉檢查。

4.2 作品發(fā)布

在SolidWorks中將作品發(fā)布至eDrawings中非常簡單方便，在“文件”菜單下選擇“出版到eDrawings”，然后在彈出的對話框中，對導出文件的路徑、文件名進行設置，最后選擇“確定”按鈕就可以生產(chǎn)eDrawings格式的作品，可以將導出的作品放在Web服務器中，供使用者使用。

4.3 在Apple移動設備上使用

利用已安裝好eDrawings for iOS應用的Apple移動設備，訪問Web服務，對上面發(fā)布的作品進行下載后，即可通過多觸控手勢輕易動態(tài)地查看三維模型，對其進行旋轉(zhuǎn)、縮小、放大以及前后平移等操作。

5 結(jié)束語

隨著三維虛擬可移動實驗室在遠程培訓以及發(fā)展相應培訓理念方面的深入應用，培訓的環(huán)境、技術(shù)水平以及動手能力都有了很大的改善和提高。而且三維虛擬可移動實驗室能夠為遠程的實驗教學提供新的思路和方法，并且不受時間和空間的影響，真正做到了以使用者為中心，為其提高全方位和多角度的培訓服務。

采用eDrawings技術(shù)開發(fā)的三維虛擬可移動實驗室優(yōu)勢明顯，特征突出，依照上述三維虛擬可移動實驗室開發(fā)過程的具體步驟和主要關(guān)鍵技術(shù)等，希望能為三維虛擬實訓室開發(fā)提供一些參考。

［1］二代龍震工作室.SolidWorks+Motion+Simulation建模/機構(gòu)/結(jié)構(gòu)綜合實訓教程［M］.第2版.北京：清華大學出版社，2009.

［2］鄭源.水輪機［M］.北京：中國水利水電出版社，2011.

［3］陶麗，趙俊.3ds Max2010三維動畫制作典型案例［M］.北京：清華大學出版社，2010.

2095－6835（2019）01－0148－02

TP391.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.148

〔編輯：嚴麗琴〕