【摘要】：雖然目前市場(chǎng)上針對(duì)機(jī)械類的虛擬仿真教學(xué)軟件很多,但它們大多數(shù)都是采用鍵盤、鼠標(biāo)等傳統(tǒng)的人機(jī)交互操作方式,這樣的交互方式因其本身的局限性,缺少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素,不能真實(shí)的展現(xiàn)虛擬拆裝、虛擬加工等操作過程,亦無法滿足使用者對(duì)逼真視覺效果和真實(shí)操作體驗(yàn)感的追求。近幾年隨著智能化技術(shù)的發(fā)展,各種虛擬硬件設(shè)備的不斷完善,例如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等產(chǎn)品的逐步成熟,推動(dòng)著VR行業(yè)的進(jìn)步,使得沉浸式系統(tǒng)的開發(fā)也成為了可能。因此,將VR教學(xué)資源與VR交互硬件設(shè)備結(jié)合而開發(fā)的沉浸式教學(xué)系統(tǒng)將會(huì)成為虛擬教學(xué)領(lǐng)域的一種新趨勢(shì)。課題以涉及C616車床尾座的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ),結(jié)合虛擬硬件設(shè)備HTC Vive與數(shù)據(jù)手套,依托于虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)—Unity引擎,設(shè)計(jì)并開發(fā)了沉浸式C616車床尾座虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。它不僅可以有效地解決了傳統(tǒng)機(jī)械原理、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械加工和機(jī)床教學(xué)中存在的問題,還能夠增加學(xué)生對(duì)機(jī)械類學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣,提高他們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的實(shí)踐能力,同時(shí)又能消除安全隱患,另外本課題的思路以及技術(shù)也可應(yīng)用于其他教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)。結(jié)合具體的開發(fā),本文研究了課題的形成背景及存在意義;并對(duì)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的發(fā)展概要以及基于數(shù)據(jù)手套以及頭盔顯示器的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。以建構(gòu)主義為核心指導(dǎo)思想,規(guī)劃了系統(tǒng)的開發(fā)思路;并從實(shí)現(xiàn)角度出發(fā),歸納了開發(fā)平臺(tái)Unity3D與HTC Vive進(jìn)行系統(tǒng)集成時(shí)常出現(xiàn)的問題,并給出了解決方法。開發(fā)了C616車床尾座的VR教學(xué)資源,包括3D建模、動(dòng)畫制作、虛擬拆裝、典型零件加工工藝仿真等,并且深入研究了VR教學(xué)資源開發(fā)過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù),包括交互界面的設(shè)計(jì)、仿真加工動(dòng)畫的制作與導(dǎo)出、系統(tǒng)優(yōu)化、碰撞檢測(cè)技術(shù)等。此外,對(duì)基于數(shù)據(jù)手套的C616車床尾座拆裝交互平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究,包括數(shù)據(jù)手套與開發(fā)平臺(tái)的集成、數(shù)據(jù)手套與虛擬手的運(yùn)動(dòng)映射、手勢(shì)識(shí)別技術(shù)、虛擬手與C616車床尾座交互過程中的碰撞檢測(cè)技術(shù)等。完成了基于HTC Vive的典型零件的虛擬加工平臺(tái)的實(shí)現(xiàn),深入研究:HTC Vive與開發(fā)平臺(tái)的集成、空間定位及位置跟蹤的原理、開發(fā)平臺(tái)對(duì)HTC Vive數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、沉浸式系統(tǒng)的圖形渲染原理—即雙眼看到的圖像是如何產(chǎn)生的。本人開發(fā)的沉浸式C616車床尾座虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng),證明了虛擬教學(xué)資源與VR硬件設(shè)備的結(jié)合是切實(shí)可行的。該系統(tǒng)塑造了真實(shí)的教學(xué)環(huán)境,具有前瞻性和借鑒意義,能有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深層次理解以及實(shí)踐能力的增強(qiáng),是機(jī)械教學(xué)模式的新突破。
【圖文】：

實(shí)時(shí)地感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象，從而通臨其境的真實(shí)感受。能和實(shí)現(xiàn)方式的不同，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可分為 4 大類型：實(shí)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)以及增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)，目前面向機(jī)桌面式居多，追其原因有二個(gè)：一是，僅以計(jì)算機(jī)屏幕其開發(fā)成本低、搭建簡(jiǎn)單；二是，從某種程度而言，與傳類實(shí)習(xí)資源緊缺的困境，并能有效地解決學(xué)生因?qū)嶋H培但是，，隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，各種虛擬硬件設(shè)備不斷套等 VR 產(chǎn)品的成熟，僅憑借傳統(tǒng)的鍵盤鼠標(biāo)的人機(jī)交擬仿真教學(xué)軟件，由于沒有加入現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，不能真實(shí)的展過程，已越來越無法滿足使用者對(duì)逼真視覺效果和真實(shí)R 教學(xué)資源與 VR 交互設(shè)備結(jié)合而開發(fā)的沉浸式教學(xué)系種新趨勢(shì)。一個(gè)簡(jiǎn)單而又典型的沉浸式系統(tǒng)的組成如圖

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文逐漸地延伸到了更多能夠施展想象力與應(yīng)用開個(gè) VR 頭戴式設(shè)備、兩個(gè)手柄控制器以及兩個(gè)中它的頭戴顯示面板部分采用了兩塊分辨率為到了 2160 x 1200 像素，畫面刷新率高至 90乎零延遲。并且與其他類似的頭盔顯示器相比基座系統(tǒng)使得它的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯得尤為突出。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG51;TP391.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2689561