1维修培训
在机械培训中引入虚拟现实技术，可以打破原本单一的学习方式，而且可以随时学习并训练，突破了培训时间、场地和设备的限制，制作适合本企业的虚拟演示步骤，保证操作人员能够有统一的操作规范。在现实环境下，企业希望降低技师培训成本，虚拟现实技术就是一个很好的选择［7］。
2系统平台搭建
2．1制作软件
虚拟演示系统开始于数字化模型的建立，因此需要对数码印刷机进行建模。目前国内外涌现出大量的三维建模软件，主要有3dsMax，SolidWorks，UG等，而能对模型进行后期交互处理的方式有VＲP，Virtools等［8］。3dsMax广泛应用于游戏开发、视觉效果和设计等领域，功能强大，渲染速度快，质量高。另外，其插件丰富，与其他相关软件配合流畅，支持多种相关软件的不同类型文件的导入导出，如VＲP，Virtools等。VＲP是一款直接面向三维美工的虚拟现实软件，其兼容性好、压缩率高、沉浸感好，如果有良好的3dsMax建模和渲染基础，只要对VＲ－PLATFOＲM平台加以学习和研究，就可以很快制作出自己的虚拟现实场景。数码印刷机虚拟装配演示系统选用了3dsMax和VＲP共同完成该系统的设计与制作，将3dsMax强大的建模能力、VＲP友好的图形编辑界面、高效快捷的工作流程，以及强大的3D图形处理能力完美地结合起来［9］。
2．2设计思路
数码印刷机结构比较繁琐，为了保证能够在三维环境中进行浏览，需先确定系统设计的基本思路(见图1)［10］。首先查看资料，了解该印刷机的内外部构造，然后在3dsMax三维建模平台中进行模型的建立，之后导入到VＲP中进行后期处理并测试是否符合要求，如果不符合，则根据具体问题返回到三维建模平台或者VＲP场景中重新调节;如果没问题，导出到显示设备实现与用户的互动［11］。数码印刷机虚拟演示系统的整体结构见图2，该系统分成了五大块，分别为装配动画、装配步骤、整体浏览、零件列表和实物展示。1)装配动画模块设计了2个动画，动画1为输出接收盘部分、纸柜、印刷成像部分、图文扫描部分、控制面板等外部大结构的装配过程，动画2为内部结构比较细致部分的装配动画。2)装配步骤的装配过程和装配动画相同，所不同的是演示步骤将装配过程分解开来，用户能够通过手动控制观看每一步，便于用户有重点地观看装配过程。3)整体浏览分动态查看和互动观察，动态查看是系统自动播放事先为用户设计好的查看方式，互动观察可以通过输出设备如鼠标、键盘等来随意旋转数码印刷机，从不同角度观察印刷机［12］。4)零件列表分为外部零件和内部零件，通过该部分系统能够通过零件名称自动跳到机器对应部分，增加用户对印刷机的了解。5)通过实物展示中的动态展示部分，用户能够看到系统中嵌入的印刷过程、机器运行状态等。静态图片部分展示地是通过数码相机拍摄的机器图片。
3虚拟演示系统
3．1前期准备
根据建模过程中所需要的信息对实体数码印刷机进行测绘，打开部分可以打开的部件，观察内部结构，用AutoCAD2007绘制数码印刷机的CAD图，见图3。在适宜灯光下，拍摄数码印刷机内外部结构照片和贴图所需的材质照片，并将印刷机运行过程录制下来。
3．2系统模型构建
3．2．1外部结构建模
外部结构是DocuColor5065的整体框架，整体装配构件以及后期的动画都是以印刷机的外部结构为整体框架，是整个作品的基础。根据现有数码印刷机的分类外部模型有五大模块:控制面板、图文扫描部分、纸柜、印刷部分、输出接收盘［13］。在五大模块中，以标准几何体建模为基础，在细节上添加凹槽或者突出。另外，在真实测量数据的基础上，根据所绘制的CAD图使用3dsMax的多边形进行建模。该系统模型建立时使用的是实际测量数据，在3dsMax中建模时单位都统一为毫米［14］。
3．2．2内部结构建模
内部结构是整个演示系统中的细节部分。由于现实与资料的限制，部分位置无法拆分展示，只能体现其外观，对于这部分，通过图片在IllustratorCS5中将其外观上的轮廓勾勒出来，导入3dsMax后挤出，外观由贴图表达，例如定影器是由图片导入IllustratorCS5中使用钢笔勾勒，发布成dwg格式，后导入3dsMax2011中，使用多边形建模和标准几何体建模进行模型的构建。一些结构复杂的小零件使用面片建模或者NUＲBS建模［15］。
3．2．3合并并优化模型
通过捕捉工具，将对应部件放入相对应的位置，并将材质赋予各个部件。为了方便导出，减少模型内存大小，提高后期系统运行速度，采用去除冗余面外部引用、塌陷等方法对3dsMax文件进行优化。
3．2．43dsMax中实现装配动画
数码印刷机虚拟演示的实现过程是由动态进行展示的，由此在3dsMax中动画的制作至关重要。首先计划好整体动画展示过程，根据计划的初始场景将各部件分离，将需同时移动的多个物品编辑成组。利用时间配置几率关键点和模型移动到需要装配的位置，依次制作模型的动画。整体动画制作完成后，播放动画观察其效果，通过迷你曲线编辑器对刚体动画作相应的修改见图4。需注意在3dsMax里创建的刚体动画模型导入到VＲP编辑器中时，要将制作好的刚体动画模型添加到一个ABC组中，同时该ABC组命名要加“vrp_rigid”前缀。
3．3交互功能的实现
在将制作好的模型和动画导入到VＲP之前，先检查有没有重名模型和破面重面等现象，然后分组进行烘焙操作，把3dsMax中物体的光影效果以贴图的方式带到VＲP系统中，以得到真实的效果。然后利用插件VＲPlatform导出模型到VＲP编辑器中，进行贴图压缩，降低模型内存占有量。为模型创建不同的相机，方便从各种角度进行观察。再在高级界面中创建画面元素和窗口界面，并添加装配动画、装配步骤、整体浏览等按钮。使用VＲP软件中的时间轴面板，创建隐藏按钮的出现动画与照片窗口的出现动画。VＲP使用的是嵌入式脚本lua语言，但是VＲP中将语言进行了简化编辑，提前创建好了小段语言，正确选择其对应语言即可达到编辑目的。选择“VＲP－脚本编制器”按钮，在系统函数中新建一个“初始话”函数，在脚本语言中建立基本语言。然后选择按钮并添加脚本语言。如对“装配动画”按钮编辑其自定义函数，具体语言为:
3．4VＲP场景测试与发布
将制作好的文件以“收集、复制所有外部资源文件到该VＲP文件的默认资源目录”的方式保存，这样将系统文件移动到其他电脑，也可以打开编辑。然后编译独立执行Exe文件，将编译完成后的Exe文件进行测试，并检查模型的完整性。至此，数码印刷机虚拟装配系统创建完成，见图5。
4结语
虚拟印刷机演示系统能够实现以下几个功能:观察数码印刷机DocuColor5065自动虚拟演示过程;有选择地观察印刷机装配细节;对DocuColor5065进行全方位查看，认识印刷机的主要部件;查看DocuColor5065实际印刷流程和相关介绍。该虚拟印刷机演示系统能够充分展示DocuColor5065，实现了三维数据和产品结构数据的合理管理和流动，在培训和教学方面都有重要意义。虚拟装配在轻工业产品的研制和开发中有巨大的发展潜力，将其应用逐步从数码印刷机扩展到其他机型的研发、培训和规划，将会对生产制造领域带来巨大的变革。
作者：李文霞 司占军 张妍 单位：天津科技大学
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