基于Unity3D的箱式电阻炉设计与开发

陈庚 方琴 苗景国 王茂宇 刘静 赵锦秀

摘   要：文章以真實的箱式电阻炉为原型，采用3D max软件建立模型，以Unity 3D软件为开发引擎，开发了一套基于Unity 3D的箱式电阻炉虚拟仿真系统，为热处理专业学生提供了“现场实作”机会，同时有效地提高了教学效果。

关键词：虚拟仿真;箱式电阻炉;设计与开发

虚拟仿真或虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术在经历了“全传感仿真器的发明—第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD及头部位置跟踪系统—VIDEOPLACE与VIEW虚拟现实系统—研究型阶段向应用型阶段成功转变”4个阶段的发展后，已成熟地运用于各行各业。研究发现，将VR技术引进课堂教学当中，不但能有效地改善教师的教学效果、激发学生的学习兴趣，还能够使学生更透彻地掌握专业知识，提升职业技能[1-2]。

箱式电阻炉作为热处理专业最常用的一种常规热处理炉，其设备较庞大、操作较复杂，并且具有一定的危险系数。为了使学生更简单、清晰地掌握该设备的工作原理和操作规程，教研室相关任课教师采用专业建模软件3D max对箱式电阻炉进行了建模，并利用Unity 3D软件开发了箱式电阻炉动态仿真系统。实践证明，虚拟仿真技术能够使教师的教学效果和学生的知识掌握获得“双丰收”。

1    三维模型的创建

对设备进行建模是第一个重要步骤。想要建立形象、逼真的虚拟设备，首先，要对设备各个零部件详细拍照，采集各种数据。其次，对建好的模型进行着色渲染（灯光、材质、表面色彩光泽度、透明度、折射效果等），使之与真实设备、周围环境尽可能一致。最后，将创建好的设备零部件进行整合[3]，导出文件后缀名为.FBX的文件，为后续虚拟仿真系统的设计做好准备。

2    虚拟仿真系统设计与发布

2.1  文件的导入

将三维模型导入Unity 3D软件中，具体操作为将.FBX文件直接保存到Assets目录下新建的一个文件夹当中，以方便管理查看，用于渲染的贴图文件同样保存在此目录下。通过对场景进行初始化布置、调整，在结构树Hierarchy目录下可看到Project中各零部件的位置以及相机、光源、视角等参数属性，如图1所示。

2.2  虚拟仿真系统的设计

GAME界面是使用者编辑内容的窗口，也是软件发布的界面，对其进行物体调整和参数设置。点击“运行”调出开发界面，选择“工程信息填写窗口”中的“4.运动信息填写窗口”（见图2），对项目进行“信息初始化”并输入设备名称，完成任务创建。然后关闭“运行”，在_Sketch的子物体中找到Main Script，选中后在属性板块的“Task Name”进行任务名匹配。重新进入“运行”状态，打开表格编辑器，使用相机的平移、旋转与可视化运动以及高亮、透明、声音、隐藏、画中画、引出线、触发、面板等特殊指令对仿真设备进行动态指令编辑（见图3）。

2.3  作品的发布

在作品正式发布前，将MainScript物体上Motion Manager脚本中的【Is Editor】参数去掉，修改logo标记并更改软件名称，具体操作为：选中“File”→选择“Build Settings”，弹出发布界面→选择“Player Settings”，弹出设置界面→进行设置。另外，找到other settings，optimization，API compatibility level，选择“.NET 2.0”。最后，在发布界面中点击“Build”完成发布，并生成“xx_Data”和“xx.exe”两个文件和文件夹。另外，在完成发布的过程中，还要将电脑原目录下的“DEBUG”文件夹复制到发布后生成的.DATA文件夹中替换“Releasefile”文件夹中的“DEBUG”，同时修改语音文件，并将原工程中Resourses目录下的“_Sketch”和“Releasefile”两个文件夹复制到发布的“xx_Data”的Resourses文件夹中。打开xx.exe文件，点击“Play！”，进入设备虚拟仿真系统学习界面（见图4）。

3    结语

一方面，本文对箱式热处理炉进行VR虚拟仿真设计，让学生“走进”现场“亲手触摸”设备，了解、积累更多的操作设备的“一线”经验;另一方面，对教师而言，既丰富了自己的教学手段，也缓解了设备、场地、课时、学生参观资源需求的冲突。在未来，相信有越来越多的教师不断加入VR创作团队，也将会有更多的新作品问世。对于相关专业的学生来说，这是一件值得高兴的事，学习不再单调、枯燥、困难，反而会变得相对有趣、简单。

[参考文献]

[1]霍爱清，李少辉，李浩平.基于Unity 3D的钻井工程三维动态仿真[J].西安石油大学学报（自然科学版），2018（6）：79-83.

[2]刘一帆，周育才.基于Unity3D的火电厂前置泵拆装仿真系统设计[J].湖南城市学院学报（自然科学版），2019（4）：57-60.

[3]张超峰，谭同德，赵新灿，等.基于双手交互的虚拟装配仿真技术研究[J].计算机工程与设计，2012（11）：4372-4376.

Abstract：A virtual simulation system of box-type resistance furnace based on Unity 3D is developed by taking the box-type resistance furnace as the prototype and modeling with 3D max software. It provides the students of heat treatment specialty with the opportunity of “on-site operation” and effectively improves the teaching effect. 

Key words：virtual reality; box-type resistance furnace; design and development