基于不同引擎的机械基础仿真实验室方案比较获奖科研报告论文

基于不同引擎的机械基础仿真实验室方案比较获奖科研报告论文

摘要：总之运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学平台都将采用参数化建模和运动过程仿真技术在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可装配的常用零部件、传动机构和常用设备，使学生能够直观的观察元件的内部结构并且能够亲自动手完成虚拟装配。

关键词：机械基础；引擎；实验室

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近几年来，随着职业教学改革的不断深入对学生解决工程实际中遇到的装备出现的各种问题的有了更高要求。传统的实验教学手段已经不能满足新形势下的教学要求，从而面临诸如实验室建设费用高昂、教员指导难以到位、教学目标难以落实等具体困难。常用零部件、传动机构运动复杂，机构抽象，大多数学生并没有见过真正的实物和设备，在理论课程中很难让学生完全明白其运动原理和结构，导致教学目标难以落实，对专业课程的开展没有起到最佳的支撑。

针对上述传统实验教学中存在的教学方法单一、知识学习和实验动手操作相互分离，学生缺乏学习主动性和创造性等问题，通常采用虚拟仿真实验室来来进行课题实验教学。随之3D技术的不断发展可选用的3D引擎越来越多，下面就笔者在以往项目开发中使用的两种3D引擎——unity3D和VegaPrime来谈谈机械基础虚拟仿真实验室的设计方案。

一、基于VegaPrime引擎的设计方案

VegaPrime是MultiGen-Paradigm公司推出最新虚拟现实开发工具、具有面向对象、功能强大、界面友好、平台兼容性好等特点。VegaPrime是一个应用程序编程接口（API），它大大扩展了VegaSceneGraph，也是一个跨平台的可视化模拟实时开发工具。它由LynxPrime图形用户界面配置工具、C++头文件可调用函数以及VegaPrime库三部分组成。VegaPrime的功能还可以被其他特殊功能模块所扩展，这些模块在扩展用户接口的同时，也为应用开发提供了功能库。

基于VegaPrime虚拟实验室方案流程图如图1所示。

方案一采用MultiGenCreator完成所需模型的建立，然后采用VisualC++编程驱动、控制VegaPrime场景中的模型。MultiGenCreator是一个强有力的、集为一体的套装软件，其长处是用来开发诸如大地、海洋、天空等视景仿真数据库。对于机械基础仿真实验室系统所需要的诸如发动机、变速器、差速器等机械装配体模型建模比较困难。

二、基于unity3D的设计方案

Unity3d是UnityTechnologies开发的一款跨平台虚拟仿真开发工具，是一个全面整合的专业三维引擎。该引擎支持DirectX和OpenGL拥有高度优化的图形渲染通道，支持所有主要三维文件格式，并能和大部分相关应用程序协调工作。运用C#编写的脚本可以灵活实现多种虚拟仿真应用。基于unity3D的虚拟仿真实验室设计方案如图2所示。

采用方案二最大的好处是支持AutoDesk3dsMax制作导出的模型（*.fbx），常用机械设计软件诸如UG、solidworks以及proE主要优势在于参数化建模，使用它们制作的模型由于拓扑结构太乱、面数太多等原因基本不能在unity3D中直接使用。采用3dsMax制作的模型即可逼真反映机械零部件机构特点同时还可以方便的制作出原理、拆装动画，并且在unity3D中可以直接通过程序调用已经制作好的动画。因此可以极大缩短项目开发周期。因此可以极大缩短项目开发周期。

三、其它类型引擎的方案

适合开发虚拟实验室的引擎很多，如果是有程序开发基础的，建议选择OSG、OGRE等开源虚拟现实平台。OpenSceneGraph（简称OSG）使用OpenGL技术开发，是一套基于C++平台的应用程序接口（API），它让程序员能够更加快速、便捷地创建高性能、跨平台的交互式图形程序。特别是OSG支持骨骼动画、关键帧动画等各种流行的动画，它可以把3DMAX建立的动画模型转化成OSG格式导入到项目中进行控制，从而极大加快开发速度。

总之运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学平台都将采用参数化建模和运动过程仿真技术在计算机上建立虚拟实验室环境，提供可装配的常用零部件、传动机构和常用设备，使学生能够直观的观察元件的内部结构并且能够亲自动手完成虚拟装配。学生通过装配和