發(fā)布時間：2020-10-22 15:45

　　 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為21世紀(jì)被廣泛應(yīng)用的新一代信息技術(shù),憑借直觀的3D視覺效果、良好的人機(jī)交互體驗(yàn),在2016年后,其市場及行業(yè)應(yīng)用得到了井噴式發(fā)展。教育是國家的民生大計(jì),國家正致力于推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育、職業(yè)教育的深度融合,而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷深入應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源從文字到圖像、二維到三維、靜態(tài)到動態(tài)、單向到交互的轉(zhuǎn)變,推動了教育的創(chuàng)新發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了新型數(shù)字化課程的教學(xué)模式。本課題的研究是開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng),該系統(tǒng)以軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)結(jié)合作為開發(fā)路線,采用Unity 3D為開發(fā)平臺,開發(fā)了塔式起重機(jī)的三維可視化VR教學(xué)資源,并通過計(jì)算機(jī)采集、處理塔機(jī)聯(lián)動臺和HTC Vive設(shè)備的輸出信號,完成硬件的配套開發(fā),實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)虛實(shí)結(jié)合的模擬培訓(xùn)效果。本文分別論述了塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)軟件模塊和硬件設(shè)備兩部分的設(shè)計(jì)開發(fā)方案,講解了該系統(tǒng)的開發(fā)過程。本課題主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及資料收集。塔機(jī)操作模擬系統(tǒng)分別對硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),因而要分別準(zhǔn)備硬件設(shè)備、軟件開發(fā)需要的素材。硬件設(shè)備主要包括計(jì)算機(jī)、塔機(jī)聯(lián)動臺、HTC Vive設(shè)備、數(shù)據(jù)采集板、開關(guān)電源、RS232數(shù)據(jù)線等;軟件系統(tǒng)是創(chuàng)建直觀的三維可視化虛擬環(huán)境,在開發(fā)前需要完成塔式起重機(jī)及環(huán)境的三維模型、模型材質(zhì)貼圖、模型動畫、系統(tǒng)用戶界面(UI)等素材的準(zhǔn)備,其中,塔機(jī)模型是利用建模軟件3Ds Max依據(jù)Auto CAD圖紙進(jìn)行制作,并完成整機(jī)安裝,通過fbx文件格式導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺中。(2)塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的開發(fā)。該模塊根據(jù)國家住建部頒發(fā)的編號為JGJ196-2010建筑塔式起重機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求及安全培訓(xùn)的需求,對塔機(jī)操作培訓(xùn)的知識點(diǎn)進(jìn)行VR資源開發(fā),主要內(nèi)容包括:塔機(jī)的操作規(guī)程、三維模型展示塔機(jī)各結(jié)構(gòu)、動畫展示塔機(jī)的安裝與拆卸過程、通過定點(diǎn)停放和轉(zhuǎn)桿撞木模擬塔機(jī)操作。(3)塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的開發(fā)。該模塊主要介紹HTC Vive設(shè)備和塔機(jī)聯(lián)動臺的基本知識,搭建HTC Vive設(shè)備開發(fā)環(huán)境,選擇合適型號的信號采集器、設(shè)計(jì)信號采集器與塔機(jī)聯(lián)動臺的連接電路,完成硬件設(shè)備的電路連接。(4)塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的安裝調(diào)試。在分別完成硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后,對整體塔機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試,并講解該系統(tǒng)主要功能的開發(fā)過程。塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)培訓(xùn)模式,通過構(gòu)建情景體驗(yàn)式的塔機(jī)VR資源,將復(fù)雜、抽象的塔機(jī)操作規(guī)程通過表現(xiàn)力和感染力更強(qiáng)的媒介呈現(xiàn)給使用者,使用者可反復(fù)使用該系統(tǒng)進(jìn)行塔機(jī)的培訓(xùn)學(xué)習(xí);另一方面,塔機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)將使用者融入到虛擬環(huán)境中,與虛擬對象進(jìn)行深度的交互,將使用者的被動學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí),大幅度提高塔機(jī)培訓(xùn)學(xué)習(xí)的效率。同時,該系統(tǒng)有效地克服了塔機(jī)培訓(xùn)周期長、危險系數(shù)高、成本高等難題。
【學(xué)位單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.9;TH213.3
【部分圖文】：

人可以隨意添加、更改其內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三個特征關(guān)系如圖 2.1 所示。圖 2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征關(guān)系圖2.1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展從無至有，將其發(fā)展歷程可分為四個階段[25,26,27]：

圖 2.2 塔機(jī)培訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)路線圖軟件系統(tǒng)的開發(fā)是以塔機(jī)操作規(guī)章文件為結(jié)構(gòu)置物理屬性、增添交互界面、處理硬件發(fā)出用 3Ds Max、SolidWorks 軟件對塔機(jī)結(jié)構(gòu)、工，主要包含起重臂部件、平衡臂部件、基礎(chǔ)節(jié)駕駛室、塔帽等結(jié)構(gòu)模型，按照真實(shí)尺寸進(jìn)行級關(guān)系完成塔機(jī)模型的組裝及合理擺放。二是、天空盒、樹木、沙堆、道路等，按照要求合培訓(xùn)系統(tǒng)建模類型如圖 2.3 所示。

圖 2.2 塔機(jī)培訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)路線圖1）軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)的開發(fā)是以塔機(jī)操作規(guī)章文件為結(jié)構(gòu)框架，通過導(dǎo)場景模型、設(shè)置物理屬性、增添交互界面、處理硬件發(fā)出的信號，發(fā)布件系統(tǒng)。）模型創(chuàng)建。使用 3Ds Max、SolidWorks 軟件對塔機(jī)結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境兩個部一是塔機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包含起重臂部件、平衡臂部件、基礎(chǔ)節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、套、回轉(zhuǎn)塔身、駕駛室、塔帽等結(jié)構(gòu)模型，按照真實(shí)尺寸進(jìn)行塔機(jī)各結(jié)構(gòu)模依據(jù)正確的層級關(guān)系完成塔機(jī)模型的組裝及合理擺放。二是場景建模，主、地面起重機(jī)、天空盒、樹木、沙堆、道路等，按照要求合理、有序的完塔機(jī)操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)建模類型如圖 2.3 所示。
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本文編號：2851794