基于VRML的虚拟现实技术的研究与应用

张 涛 王秋红 邱 静

（1.安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖241000；2.安徽国防科技职业技术学院，安徽 合肥 230001）

1 引言

利用虚拟现实技术扩展课堂教学不足，已成为教育教学研究界的发展方向，尤其在教学资源库的建设中，更强调虚拟技术的应用，拓展到了培训教育研究的方方面面，使学院借助于虚拟技术加深对培训课程重点、难点内容的理解，弥补了实物教学资源的不足、拓展了教学时空。

VRML是Internet上基于WWW的虚拟现实建模语言，被称为第二代网络语言，用来描述三维物体及其运动行为，具有三维性、交互性、分布式集成性和逼真性等特点[1-3]，通过虚拟现实技术创建虚拟环境，可以模拟机械产品比如模具的装配过程，帮助学习人员熟悉设备的结构以及装配关系。

2 虚拟现实技术

本研究是建立在虚拟信息管理平台上，不同平台的用户仅需要通过浏览器就可以使用本系统，并且通过虚拟现实技术作为可视化界面，可以使得三维场景迅速发布到网络上。系统后台的信息是使用高级程序程序语言实现的，用户可以进行模拟拆装动画演习，对每个零件也可以通过传感器节点实现超链接，从而学员不仅了解模具结构，更对拆装的顺序、设计不足等问题有了更清晰的认识，减少学员培训时间，简化设计流程等都有好处。

虚拟现实技术是当前的热门技术，将其培训设计，不但可以节省教学资源、拓展教学空间、时间，而且能使学员或设计人员通过虚拟技术加深对结构认知的理解。主要创新之处体现在以下几点：

（1）首先利用三维建模软件建模，这可以便于构建零部件的造型建模，而现有的虚拟现实软件往往建模过程比较复杂，然后将其导入虚拟实现软件，从而为模型的导出积累了宝贵的经验，也为后续工作提供依据。

（2）虚拟现实软件的优势是交互式、形象化，经过不断的研究和挖掘，实现了虚拟实验需要的功能，解决了零部件结构展示、运动分解等关键技术问题[5]，为进一步将实现虚拟现实技术提供必要的参考。

（3）基于虚拟现实软件构建的虚拟实验实训教学平台中，可以集成适当的文字、图片、视频、动画等多种素材，通过零件分类、装配体拆装及原理演示与对比，加深了对模具结构认知和拆装内容的理解。

3 塑料模具结构拆装的虚拟实验室新教学的实现

以“南瓜盖”模具虚拟教学设计为例，介绍教学平台搭建的主要过程：根据调研选取主要模具零件，利用UG软件进行建模，图1为利用UG软件设计的“南瓜盖”模具。图2为“南瓜盖”模具的开模运动演示。

图1 利用UG软件设计的“南瓜盖”模具

图2 “南瓜盖”模具的开模运动

通过三维软件的建模，将三维软件模型导入到VRML中，考虑到在实际装配过程中，被装配零件由于受装配关系的约束而存在装配顺序问题[1,2,4,6,7]。通过规划零件在虚拟空间的运动轨迹实现其虚拟装配。图3为利用VRML软件设计模具虚拟装配动画。

通过以上过程，初步完成多套模具虚拟装配动画。通过交互式设计最终达到虚拟环境的构建，达到仿真模拟培训、设计的的目的。

4 总结

综上所述，通过增加实验和网络教学，重点培养学生的创新能力和实际操作能力是教学改革的重要内容之一。很多模具类课程实践性很强，需要大量的模型、实验设备。由于实际条件所限(设备短缺，教学课时不足，实验场所)，难以使学生有足够的实践的机会；许多设备的内部结构难以直接呈现，实际的拆装成本较高。采用虚拟现实技术，学生可以对设备进行模拟拆装，培养动手能力，节省经费投入[3]。利用各种多媒体技术实物仿真与虚拟现实技术相结合的方法建造虚拟实验室不仅可拓展学习时间、空间，还可根据教学对象与技术发展更新、添加模型和设备模拟;使实践训练及时适应技术的发展。

[1] 汪兴谦.VRML与Java编程实例实例讲解[M].北京:中国水利水电出版社,2001.1-23.

[2] 黄文丽,卢碧红,杨志刚,等.VRML语言入门与应用[M].北京:中国铁道出版社,2003.10-19.

[3] 汪志达,叶伟.VRML虚拟现实网页设计[M].北京:清华大学出版社,2006.12-16.

[4] 池建斌,郭海新,王晨,等.基于 VRML-Java的减速器虚拟拆装系统的实现[J].工程图学学报.

[5] 杨旭日.基于 EON的“画法几何及机械制图”虚拟实验系统研究与实训[D].大连理工大学硕士学位论文.

[6] 刘怡,张洪定,崔欣.虚拟现实VRML程序设计[M].天津:南开大学出版社,2007.183-230.

[7] 汪志达.叶伟.VRML虚拟现实网页设计[M].北京:清华大学出版社,2006.138-148.