探究液压传动虚拟实验室的构建与应用郑广军

段亚丽　周云成　刘海波　赵明欣

摘要 利用建模技术将典型液压元件和油路用计算机进行可视化设计，使复杂的结构和工作原理以非常形象直观的形式展现出来，更便于学生对所学内容的理解和掌握。通过创建接近于工程实际的虚拟技术来满足当前创新型实践教学和能力培养的要求，是对新型教学模式的改革和探索。建立液压传动虚拟实验室是对传统实验室的一个必要和有益补充。本文通过介绍液压传动虚拟实验室的建设过程，探讨虚拟实验室构建主要环节和实际应用。

关键词 建模技术；液压元件；虚拟实验室

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号2095—6363（2016）04—0039—02

液压传动虚拟实验室的构建与开发是教育信息化在教学中的探索和尝试。通过本项目的研究实现学生在教室中有效完成实践教学内容。液压传动技术这门课程知识体系逻辑性强，对实践技能要求高，但液压元件由于是承压器件，不便于了解其内部构造。为了达到理论与实践教学相结合，又不受拆装和实验条件的限制，而进行液压传动虚拟实验室的构建，将为教学方式改革提供一种可行模式和途径。

液压传动课程知识链条可以简单地描述为元件构成回路，回路构成系统，而液压元件又包括动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件几大部分。可见，要想更好的学习回路和系统，首先就应对各类液压元件的结构组成和工作原理有一个清楚的认识。因此在液压传动虚拟实验室中液压元件的工作原理和液压元件的结构组成形成虚拟部分的主体。为了满足不同学生的不同实验要求在虚拟实验室中学生可以进入虚拟空间自主选择实验内容，并可通过习题检测对实验内容的掌握情况，还可以通过语音掌握液压元件的工作原理，总之，该实验室的创建使学生可以在虚拟空间中自主完成相关实训内容，展示图样如图1所示。

虚拟实验室作为一种新的教学尝试，将会不断地丰富教学资源，不断完善和改进教学方式方法，为学生综合能力的培养将起到积极的促进作用。本项目的具体制作内容包括以下几个方面。

1构建虚拟实验室

该虚拟实验室使用3Dmax软件完成简单建模（3面实体墙加一面全玻璃效果的窗户，屋顶和地面），然后进行贴图，制作出地面、讲台的瓷砖贴图以及墙上黑板、门的仿真效果，为保证室内的真实光线效果，在虚拟教室外做了一个天空盒，天空盒贴蓝天白云贴图。建模后整体导入到Unity3D软件中添加光源。教室内虚拟场景包括讲台、黑板、课桌、元件展示柜、拆装工具。

2构建虚拟人物

在虚拟教室中放置了一个Unity3D白带角色人物，实现了角色行走、站立效果，为了强化人物效果，在制作过程中结合Poser软件和DAZ studio软件来制作特色人物，并建立人体模特服装匹配和人物行走、取放零件的骨骼动画等。

3虚拟元件

制作SW格式元件，并将SW软件转Unity3D。如三位四通手动换向阀的仿真设计过程。

3.1零件的建模

阀体的制作，换向阀在建模时，按照先阀体，后零件的顺序绘制，如图2所示。

阀芯的制作，测量好阀芯各部位尺寸后，通过旋转增料方式，生成阀芯，如图3所示。

两端盖的制作，如图4所示。其他零件的制作过程以相同方式进行。

3.2零件装配及制作爆炸图，如图5所示。

3.3动画设计

通过运动功能，对阀体进行爆炸设计及时间、透明度的设置。

4目标控制

目标控制使用c#语言编写代码，完成的代码主要有零件基本控制功能（旋转、缩放等）模块、零件自由拆卸模块、零件顺序拆卸功能模块、拆装时零件装配关系预设功能等模块。以上程序组合使用之后可以实现液压元件选择、缩放、使用鼠标自由拆装和严格按装配关系拆装功能。

5液压传动虚拟实验室开发的特色

液压传动虚拟实验室的构建可以为我院其他专业类似的教学改革提供相应的技术支持，同时缩短了虚拟实验室建设周期。

在SW软件环境下利用建立虚拟实验环节，使用3Dmax软件完成，结合Poser软件和DAZ studio软件来制作特色人物使虚拟实验环境更加逼真和便于操作，网络化的虚拟实验室，使虚拟实验在时间和空间上得到有效延伸。

6结论

液压传动虚拟实验室开发平台的建立，可以提实验效率，降低教学试验成本，实现网络化的实验教学方式，使传统的实验以及教学方式在时间和空间上得到扩展。