【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)性能及各方面應(yīng)用技術(shù)的提高,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality Technology,簡(jiǎn)稱VR技術(shù)),已成為當(dāng)下最熱門的技術(shù)之一,尤其2016年更是被定義為VR元年。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有3I特性:沉浸感(Immersion)、交互性(Interactivity)和構(gòu)想性(Imagination),使其繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后,成為在教育教學(xué)培訓(xùn)領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的技術(shù)。另外,國(guó)家“十三五”規(guī)劃也號(hào)召深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合,不斷加強(qiáng)高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)與應(yīng)用,著力提高高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐育人水平。鑒于此,本文以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)思想,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),以車床CA6140為原型,應(yīng)用3D建模技術(shù)建立車床模型,借助Unity3D引擎開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行環(huán)境搭建和車床交互設(shè)計(jì),研發(fā)了一套基于HTC VIVE桌面式車床CA6140虛擬教學(xué)系統(tǒng),硬件展示設(shè)備選擇當(dāng)下流行的HTC VIVE頭盔和手柄。與傳統(tǒng)通過鼠標(biāo)和鍵盤完成交互設(shè)計(jì)的桌面式虛擬仿真教學(xué)軟件不同之處,該系統(tǒng)不但具有良好的人機(jī)交互性,還具有理想的沉浸性與構(gòu)想性。本課題研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)簡(jiǎn)單介紹了課題問題提出和研究意義,分析了國(guó)內(nèi)外有關(guān)車床虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,確立了課題目的和研究?jī)?nèi)容。(2)根據(jù)系統(tǒng)理論指導(dǎo)思想確立了系統(tǒng)開發(fā)工具的選擇,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及開發(fā)設(shè)計(jì)(包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)開發(fā)流程和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能)。(3)借助三維建模軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)車床模型建立,深入研究了三維幾何建模在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)狀態(tài)、SolidWorks建模技巧和裝配過程、3ds Max建模技巧和模型優(yōu)化處理的原則及方法,基于關(guān)鍵幀制作車床動(dòng)作,將模型由3ds Max載入U(xiǎn)nity3D方式和注意事項(xiàng),Unity3D粒子系統(tǒng)特效在車床切削加工中的應(yīng)用等。(4)對(duì)系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要有:基于HTC VIVE虛擬環(huán)境的構(gòu)建,Lighting House定位原理,手柄射線腳本控制碰撞檢測(cè),交互UI互設(shè)計(jì),Unity3D環(huán)境光設(shè)置,虛擬車削加工過程和單機(jī)版到局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。(5)在開發(fā)平臺(tái)Unity3D中開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了沉浸式車床虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng),包括車床結(jié)構(gòu)認(rèn)知、刀具認(rèn)知和附件認(rèn)知,使用手柄控制模型的拆分、組裝、旋轉(zhuǎn)等,選取典型的零件表面進(jìn)行虛擬安裝和機(jī)械加工演示。(6)發(fā)布.EXE可執(zhí)行文件,安裝HTC VIVE硬件,然后進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試并完善系統(tǒng)功能不足之處,最后完成整個(gè)基于HTC VIVE車床CA6140虛擬教學(xué)系的研發(fā)。
【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
【圖文】：

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文第 2 章 HTC VIVE 車床 CA6140 教學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)思想主義是關(guān)于人們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)知識(shí)的理論[15]，它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者自身的主動(dòng)學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者根據(jù)自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)新知識(shí)進(jìn)行認(rèn)識(shí)和理解，理論體系[16]。在教學(xué)過程中建構(gòu)主義要求以學(xué)生為中心，以教師為橋環(huán)境下，學(xué)生自主完成對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)，教師不再是簡(jiǎn)單的將知識(shí)“灌為幫助者和引導(dǎo)者[17]，學(xué)生、老師和知識(shí)的關(guān)系如圖 2.1 所示。

基于建構(gòu)主義下學(xué)生、老師和知識(shí)教符合建構(gòu)主義思想，將課堂真正助的作用，這樣不僅可以解決學(xué)強(qiáng)他們學(xué)習(xí)能動(dòng)性、主動(dòng)性和目放出來，做到：師者，授業(yè)解惑 HTC 公司 和 Valve 公司合作共搭配兩個(gè)無線控制器（一對(duì)輸入捕捉技術(shù)，如圖 2.2 所示。

圖 2.3 基于 HTC VIVE 沉浸式車床虛擬教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成統(tǒng)開發(fā)流程流程主要分為五個(gè)板塊：①模型建立②界面設(shè)計(jì)③視頻制作④系統(tǒng)開C VIVE 搭建。選擇以常見的臥式車床 CA6140 加工設(shè)備為原行，根據(jù)實(shí)操作并拍攝現(xiàn)場(chǎng)視頻以及零件圖紙為依據(jù)，將車床、棒料、工具及生型建立，模型建立完成之后在 3ds Max 進(jìn)行優(yōu)化處理和動(dòng)作制作。交、凹凸貼圖、視差貼圖等用 Photoshop 軟件設(shè)計(jì)。使用 AE（AdobeAfte相關(guān)視頻的制作,Unity3D 內(nèi)置只支持 OGV 和 OGG 格式的視頻文件的擴(kuò)展讓其播放 MP4 和 AVI 格式的視頻。開發(fā)平臺(tái)選擇 Unity 3D ，建，模型擺放、大小調(diào)整，美工效果制作等，程序編寫工具選擇 Visu選擇當(dāng)下比較流行的 C#。安裝設(shè)置 HTC VIVE 硬件和插件，進(jìn)行相運(yùn)行環(huán)境。具體開發(fā)的流程如圖 2.4 所示。

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本文編號(hào)：2763386