高职模具虚拟现实技术在手机客户端的应用

吴剑平，时虹，冯美龙

（九江职业技术学院机械工程学院，江西九江332007）

高职模具虚拟现实技术在手机客户端的应用

吴剑平，时虹，冯美龙

（九江职业技术学院机械工程学院，江西九江332007）

当前职业院校模具专业教学中，由于受到设备、场地等多重条件的限制，降低了学生的学习效果。随着虚拟现实技术和智能手机的快速发展，开发富有现代职教体系特色的教学资源，是职业教育工作者不断探索的重要课题。通过探讨运用三维建模软件及虚拟现实软件构建虚拟模具及将虚拟模具移植到手机端的方法，实现虚拟模具交互控制的途径。

模具；模具设计；虚拟现实；虚拟仿真；虚拟交互

模具设计与制造技术已成为一个国家制造水平的重要标志，因此，掌握模具零部件的结构特点、模型设计与编程加工等对学生今后在专业领域的发展起着重要作用。虽然目前各高职院校的教学条件已大为改善，有些院校已能够大量采用多媒体与实训室相结合的教学模式，但这些仍难以全面达到模具教学的要求，因为模具教学有其独特的专业特点，即模具的复杂多样性，多数图例没有实物模型与之对应，更不可能有全部的模具机床，这就导致缺乏用实物模型去解释其工作原理及设计要求，工作过程难以被学生理解，教学比较抽象，在传统教学模式下，学生会反映教学内容枯燥，概念模糊，直接影响了学生的学习兴趣，更难以理解不同产品需要设计出不同模具的方法。通过总结教学经验，利用虚拟现实技术创建虚拟模具空间，加强学生的感知认识，并提供交互功能，会大幅提高学生的学习积极性和主动性，从而提高教学质量，但这还不够，因为虚拟模具需要以电脑作为载体，机房的固定性难以满足教学和学习要求，而智能手机的应用很好地解决了这个问题，即把虚拟模具移植到手机端，让学生不受时间、空间的制约随时随地的交互学习，大幅提高学习效率。

1模具模型的建立与数据交换

1.1 模具模型的建立

模具三维设计软件很多，如UG、PROE、CATIA、SOLIDWORKS等，本文采用UG8.5作为数码相机主体前盖产品注塑模三维模型的开发工具，主要应用的是UG的模型及装配模块，用的命令主要是拉伸、抽壳等常用命令，过程比较简单，但步骤繁琐，在此不再赘述。模型创建的顺序如下。

（1）依产品和注塑机确定外廓尺寸。图1为产品三维模型，材料为工程塑料增强ABS，拉伸强度80 MPa，耐冲击性80 J/m，弯曲弹性率在28 000 kg/cm.注塑成型后产品长104 mm、宽60 mm、高18 mm，最厚处1.8 mm，最薄处0.8mm.

图1 产品三维模型

（2）设计进料系统。浇口类型为点浇口。

（3）计算型腔、型芯尺寸。模仁尺寸为长155 mm、宽110mm、高50 mm.其中型芯高24 mm.型腔高26 mm.

（4）设计顶出方式。采用推杆推出机构，拉料杆为Z型拉料杆。

（5）设计冷却系统。

（6）模架导入。

模架为三板模，尺寸为长400 mm、宽400 mm、高366 mm.其中定模板厚70 mm.动模板厚80 mm.最终完成的模具三维模型如图2所示。

图2 模具三维模型

1.2 模型的数据交换

用UG建立的模型数据还不能直接导入到虚拟环境中，需应用3DMAX等软件进行模型数据交换。3DMAX软件是基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，其功能十分强大，应用广泛。数据交换的方法如下。

（1）在UG装配模块下，选择文件菜单的导出命令，点击STL弹出快速成型对话框，把三角公差和相邻公差的默认参数值设置小一些，分别为0.04和0.05，目的是为了提高模型曲面的显示精度。确定后指出STL文件的路径和名称，注意路径和名称不得使用中文。再选择要导出的UG实体模型，每次只需导出一个零件即可，暂不导出的模型可以先隐藏起来。

在UG装配模块下导出STL格式文件的优点在于，保留了每个零件的系统坐标值，以保证在下一步3DMAX导入时不必再重新装配。STL格式文件是计算机图形应用系统中的标准文件类型，是用三角形网格来表现的三维CAD模型，它的文件格式非常简单，应用很广泛。

（2）在3DMAX 2012软件中，选择文件菜单的导入命令，将上一步导出的STL文件逐个导入，导入完成后模具模型各零件的大小及相对位置保持完好。

接着制作模架展开过程的动画。主要应用的是时间轴模块，用到的命令主要是移动、绑定等命令，动画制作过程比较简单，但步骤较多，在此不再赘述。动画制作完成后，将模型导出为FBX格式文件，导出时注意两个参数的设置：勾选导出动画及坐标轴Y轴朝上。

FBX格式是用于跨平台的三维数据交换格式，目前被众多的标准建模软件所支持，常作为建模软件的标准导出格式。其优点是软件之间进行模型、材质、动作和摄影机信息的互导。

2搭建虚拟环境并移植手机端

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）也称人工环境，是利用电脑图形技术模拟产生一个三维空间的虚拟环境，提供关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，犹如置身其境的感觉[1]。将虚拟现实技术应用于模具教学，将发现自己置身于一个模具工厂之中，所有模具、机床应有尽有，当按下控制按钮时，设备将开始工作，可以在任意角度观察模具结构及工作过程，甚至可以将某些零部件隐藏起来或进行半透明处理，以便更好的观察。

2.1 搭建虚拟环境

虚拟现实开发软件较多，如Unity、Virtools、中视典VRP、WebMax等，本文以英文版Unity5.2作为发布Android平台的开发软件。Unity是一个多平台的综合型游戏开发工具，其可视化编程界面易于完成各项开发工作，高效脚本编辑，通过Unity开发的网页游戏、手机游戏，支持各个平台良好。Unity开发环境需安装配置Java JDK和Android SDK开发工具，开发环境搭建好后即可开始Unity虚拟环境的编辑。编辑方法概述如下。

（1）导入FBX模型资源并添加材质。新建工程保存后，导入先前用3DMAX进行数据交换的FBX模型资源文件，在属性面板中将该资源的属性设置为：Model Scale Factor（1）；Rig Animation Type（Legacy）。设置完成后将FBX模型拖入Scene场景中，进行可视化编辑。

FBX模型的XYZ坐标值修改为（0，0，0），便于后面的精确操作，在场景中添加一个平行光、一个点光源和一个空游戏物体，空游戏物体的坐标值修改为（0，0，0），半径修改为FBX模型的120%大小，然后把FBX模型拖拽给空游戏物体作为子物体对象，这样只要给空游戏物体添加滚动、缩放程序脚本，FBX模型中全部零件都可做空游戏物体相同的动作。

接着在项目面板中新建多个不同颜色的材质，材质类型均设置为高光类型，如Legacy Shaders/Specular.把创建好的材质逐一拖拽给所有零件。

（2）添加C#脚本。滚动与缩放脚本如下，该脚本拖拽给空游戏物体。

public Vector3 mousePos；

IEnumerator OnMouseDown（）{

mousePos=Input.mousePosition；

while（Input.GetMouseButton（0））{

Vector3 offset=mousePos-Input.mousePosition；

transform.Rotate（Vector3.up*offset.x*0.3f，Space. World）；

transform.Rotate（Vector3.right*offset.y*0.2f，Space. World）；

mousePos=Input.mousePosition；

yield return null；

}

}

void Update（）{

if（Input.GetAxis（"Mouse ScrollWheel"）＜0）{ if（Camera.main.fieldOfView＜=100）

Camera.main.fieldOfView+=2；

if（Camera.main.orthographicSize＜=20）

Camera.main.orthographicSize+=0.5F；

}

if（Input.GetAxis（"Mouse ScrollWheel"）＞0）{ if（Camera.main.fieldOfView＞2）

Camera.main.fieldOfView-=2；

if（Camera.main.orthographicSize＞=1）

Camera.main.orthographicSize-=0.5F；

}

}

还有界面及按钮控制脚本，由于该脚本代码较长，在此不再赘述，该脚本拖拽给主摄影机。

（3）发布PC平台可执行程序。

选择文件菜单下的发布设置命令，在弹出的对话框中添加要发布的所有场景，然后选择要发布的平台PC，再点击发布。发布的最终程序是EXE可执行程序文件，可在PC平台上操作应用，对各操作系统的兼容性非常好。

2.2 发布Android平台，移植手机端

发布Android平台还需要添加必要的脚本，如触屏脚本、屏幕设置脚本等，这个脚本拖拽给主摄影机。发布Android的步骤与发布PC的步骤基本相似，选择要发布的平台时选择Android.发布的最终文件是一个APK文件，将该文件下载到手机端安装后即可应用。图3是点击展开模架按钮后模具K02的效果图，该系统中可以触屏随意滚动、缩放模具，点击返回按钮后还可以选择其它模具进行操作，界面简洁直观，符合手机屏幕小的特点。

图3 虚拟模具在手机端的显示效果

3结束语

智能手机作为一种新兴的移动通讯设备，其功能越来越强大，与互联网数据交换技术日趋成熟，越来越多的PC应用媒体和软件经过程序转换后可移植到手机端应用。虽然虚拟现实技术在手机端的开发应用尚处初级阶段，但其在教学中的应用所带来的效果是显而易见的，可以预测，随着虚拟现实技术和智能手机的发展，以及无数教学工作者的积极研发，移动教学必将成为中国教育不可或缺的重要组成部分。

[1]王月蓉.浅谈虚拟现实技术在教学中的应用[J].无线互联科技，2013（11）：233-234.

The App lication of VocationalCollege Mould VirtualReality Technology in the Mobile Client

WU Jian-ping，SHIHong，FENGMei-long
（School ofMechanical Engineering of Jiujiang Vocational and Technical College，Jiujiang Jiangxi332007，China）

In the current vocational collegesmould professional teaching，the limitation of equipment，sites，such asmultiple conditions reduce the student’s learning effect.With the rapid development of virtual reality technology and smart phones，the teaching resources of the system of characteristic modern vocational education is an continuously important theme of the vocational education workers.This paper discusses using three-dimensional modeling software and virtual reality software to build virtualmould and transfer tomobile phone sidemethod from the virtualmould，then the way of virtualmold interactive controlling realize.

themould；mould design；virtual reality；virtual simulation；virtual interaction

TP315

A

1672-545X（2016）12-0230-03

2016-09-14

江西省高等学校教学改革研究省级课题（课题编号：JXJG-14-45-1）

吴剑平（1968-），男，江西九江人，本科，副教授，主要从事模具设计与制造、虚拟现实仿真等方面的教学研究工作。