Unity3D在虛擬機(jī)械拆裝中的應(yīng)用★

羅資琴

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060）

Unity3D在虛擬機(jī)械拆裝中的應(yīng)用★

羅資琴

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060）

從虛擬現(xiàn)實(shí)與拆裝技術(shù)的結(jié)合、虛擬拆裝與移動(dòng)通訊、虛擬拆裝系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程及Unity3D虛擬機(jī)械拆裝項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)等方面入手，介紹了Unity3D在虛擬機(jī)械拆裝中的應(yīng)用。利用Unity3D進(jìn)行的虛擬機(jī)械拆裝演示直觀，使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來(lái)較為輕松，必將成為日后虛擬機(jī)械拆裝學(xué)習(xí)的主流方式。

Unity3D 虛擬 機(jī)械拆裝 3D技術(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，當(dāng)今的3D技術(shù)正在從原本只有對(duì)計(jì)算機(jī)三維圖形學(xué)有較深入研究的高端人群所壟斷的技術(shù)演變成普通群眾都能接受和使用的平民技術(shù)。[1]然而在這一次巨大的變革中，Unity3D作為舉足輕重的3D引擎，從眾多技術(shù)中脫穎而出，成為了這次變革中的佼佼者。所謂U-nity3D就是一款可以輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類(lèi)型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)綜合型游戲開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專(zhuān)業(yè)游戲引擎。[2]根據(jù)Unity官方在2014年的報(bào)告來(lái)看，Unity全球用戶已經(jīng)超過(guò)330萬(wàn)人，每個(gè)月的活躍用戶數(shù)高達(dá)60萬(wàn)。全世界有6億的游戲玩家在玩使用Unity引擎制作的游戲，目前用Unity創(chuàng)造的應(yīng)用和游戲的體驗(yàn)量累計(jì)達(dá)到了87億次。[3]

已往，國(guó)內(nèi)對(duì)各種機(jī)械設(shè)備拆裝過(guò)程的講解大多數(shù)都是以圖片或?qū)嵨镏v解為主，這樣的講解形式嚴(yán)重阻礙了學(xué)習(xí)者對(duì)機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，而且會(huì)影響學(xué)生對(duì)機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深刻理解，更會(huì)對(duì)一些高危機(jī)械操作任務(wù)帶來(lái)巨大的安全隱患。[4]所以利用Unity3D進(jìn)行的虛擬機(jī)械拆裝演示直觀，使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來(lái)輕松，將成為虛擬機(jī)械拆裝學(xué)習(xí)的主流方式。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其發(fā)展

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像模擬環(huán)境。在該模擬環(huán)境中除計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等感知，甚至還包括嗅覺(jué)和味覺(jué)等，因此該系統(tǒng)是一種多源信息融合交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為仿真系統(tǒng)，使用戶沉浸到該環(huán)境中。[5]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合。

根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以被解釋為：將現(xiàn)實(shí)中的實(shí)體東西以計(jì)算機(jī)三維技術(shù)的方式模擬出來(lái)，以滿足實(shí)物在數(shù)字平臺(tái)上的直觀可視化，是為滿足模擬事件數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等一系列的需求而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)與通信行業(yè)中的新興技術(shù)。[6]如下頁(yè)圖1所示的是一個(gè)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到的機(jī)械拆裝過(guò)程。如今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為一種行業(yè)或產(chǎn)業(yè)被很多專(zhuān)業(yè)人士或公司所關(guān)注，被運(yùn)用到了游戲娛樂(lè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、房產(chǎn)開(kāi)發(fā)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、Web3D、道路橋梁、人文地理、教育教學(xué)、演播室、水文地質(zhì)、設(shè)備維修、船舶制造、培訓(xùn)實(shí)訓(xùn)、軌道交通、能源領(lǐng)域、生物力學(xué)、康復(fù)訓(xùn)練、數(shù)字地球、虛擬現(xiàn)實(shí)等各行各業(yè)。[7]

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)興起于20世紀(jì)末，是一款新型綜合信息技術(shù)。其發(fā)展過(guò)程大概分為四個(gè)階段：1963年之前為第一階段，這個(gè)階段的有聲形體動(dòng)態(tài)模擬已經(jīng)蘊(yùn)涵或開(kāi)始蘊(yùn)含了虛擬現(xiàn)實(shí)思想；第二階段是1963—1972年，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的萌芽期；第三階段是1973—1989年，該階段是虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段；第四階段是從1990—2004年，該階段為虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步完善和應(yīng)用的階段。[8]該時(shí)期的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到成熟階段，在虛擬現(xiàn)實(shí)的理論、算法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)等各方面都存在許多問(wèn)題和待開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。雖然，目前已成功地開(kāi)發(fā)出一些虛擬現(xiàn)實(shí)的典型應(yīng)用項(xiàng)目，但與其他高新技術(shù)的應(yīng)用相比尚處于應(yīng)用開(kāi)發(fā)的初始階段。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到的機(jī)械拆裝過(guò)程

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與拆裝技術(shù)的結(jié)合

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人高瞻遠(yuǎn)矚地發(fā)出了“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的號(hào)召，而創(chuàng)新的核心實(shí)質(zhì)就在于跨行業(yè)，所以后面的“互聯(lián)網(wǎng)+”就理所當(dāng)然地成為跨行業(yè)中的理想接口。[9]然而對(duì)于一般性的信息行業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”是一件很容易過(guò)渡的事情，但對(duì)于實(shí)體行業(yè)特別是與機(jī)械拆裝有關(guān)的行業(yè)，怎么才能實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”這一宏偉的目標(biāo)呢？從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中找到了最佳的答案，它給我們提供了一個(gè)很好的切入口，也必將給目前創(chuàng)新疲軟的機(jī)械拆裝行業(yè)帶來(lái)一個(gè)新的發(fā)展契機(jī)。

3 虛擬拆裝與移動(dòng)通訊

3.1 我國(guó)2015年通訊行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

工信部數(shù)據(jù)顯示：2015年，我國(guó)移動(dòng)電話用戶普及率達(dá)95.5部/百人，其中有9個(gè)省市自治區(qū)的移動(dòng)電話普及率突破100部/百人，北京市高達(dá)188部/百人。而另外一方面數(shù)據(jù)顯示：2013年，我國(guó)智能手機(jī)出貨量為4.2億部，同比增長(zhǎng)64.1%，市場(chǎng)占有率達(dá)到73.1%，其中Android手機(jī)出貨量為3.98億部，占同期智能手機(jī)出貨量的94.0%；而2014年我國(guó)智能手機(jī)出貨量為4.5億部。

上述移動(dòng)行業(yè)的信息數(shù)據(jù)充分顯示，移動(dòng)行業(yè)的大力發(fā)展使得移動(dòng)電話就像人們穿衣吃飯一樣不可或缺，而移動(dòng)行業(yè)目前的發(fā)展現(xiàn)狀為實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)械拆裝奠定了非常堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。[10]因此，如果能在移動(dòng)行業(yè)中有所突破，將移動(dòng)行業(yè)的優(yōu)點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)械拆裝緊密結(jié)合，必定會(huì)帶來(lái)無(wú)可估量的收益與發(fā)展前景。

3.2 Unity3D的跨平臺(tái)性

Unity3D是由Unity Technologies開(kāi)發(fā)的一個(gè)讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化和實(shí)時(shí)的三維動(dòng)畫(huà)等類(lèi)型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型游戲開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專(zhuān)業(yè)游戲引擎。[11]其編輯器運(yùn)行在Windows和Mac OSX下，可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone8和Android平臺(tái)，也可以利用Unity webplayer插件發(fā)布網(wǎng)頁(yè)游戲，支持Mac和Windows的網(wǎng)頁(yè)瀏覽，它的網(wǎng)頁(yè)播放器也被Macwidgets所支持。

上述平臺(tái)基本上囊括了當(dāng)今人們最常訪問(wèn)的通訊媒介，其開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品具有一次開(kāi)發(fā)處處編譯的廣泛適用性，是“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)最為理想的工具，也為虛擬拆裝奠定了非常重要的軟件基礎(chǔ)。

綜上所述，可以斷定，以智能手機(jī)、iPad、iPhone等移動(dòng)通訊設(shè)備為載體，以Unity3D為工具媒介，將成為開(kāi)發(fā)虛擬拆裝系統(tǒng)最為理想的選擇。[12]

4 虛擬拆裝系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)重點(diǎn)難點(diǎn)

4.1 虛擬拆裝系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程

第一步：采集相關(guān)拆裝物的有效信息，如果涉及的物件系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，可以制作信息采集卡，分部分、分階段地進(jìn)行采集。

第二步：核對(duì)采集信息，并與相關(guān)聯(lián)系人進(jìn)行及時(shí)的反饋與溝通。牽涉到所屬部門(mén)不能解決的問(wèn)題，需要爭(zhēng)取跨部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)之間的協(xié)作與溝通，及時(shí)將實(shí)踐問(wèn)題與技術(shù)部門(mén)核實(shí)清楚。

第三步：對(duì)于核查的信息進(jìn)行反復(fù)分析，找到實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑與實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于不能實(shí)現(xiàn)的部分，試著找到折中的辦法去解決；對(duì)于確實(shí)不能解決的，及時(shí)與上層領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)溝通；對(duì)于牽涉跨部門(mén)的，盡量尋求領(lǐng)導(dǎo)的支持。

第四步：是技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)的一步，也是將實(shí)踐結(jié)果與實(shí)物數(shù)據(jù)提供給相關(guān)部門(mén)進(jìn)行核對(duì)并進(jìn)行修整的一步。

4.2 虛擬拆裝系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)重點(diǎn)難點(diǎn)

虛擬拆裝是一種以演示為主、概念引導(dǎo)為輔的實(shí)踐技術(shù)。虛擬機(jī)械拆裝項(xiàng)目發(fā)展重點(diǎn)難點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下兩方面：一是對(duì)于產(chǎn)品的關(guān)鍵部件外形和作用的演示尤為重要，因此一般不需要太華麗的圖像顯示；二是在整個(gè)演示的過(guò)程中，要盡量考慮部件外形展示的精準(zhǔn)性以及功能動(dòng)作演示的到位性，使得觀看者一眼就能理解其作用和實(shí)際意義（如圖2所示）。

圖2 某虛擬機(jī)械拆裝演示圖

5 結(jié)論

Unity3D是一款可以輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化和實(shí)時(shí)的三維動(dòng)畫(huà)等類(lèi)型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)綜合型游戲的開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專(zhuān)業(yè)游戲引擎。[13]以往的機(jī)械拆裝講解大多數(shù)都是以圖片或?qū)嵨镏v解為主，這樣的講解形式不但不利于學(xué)習(xí)者對(duì)機(jī)械原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，而且會(huì)給一些高危機(jī)械操作帶來(lái)巨大的安全隱患，而利用Unity3D進(jìn)行的虛擬機(jī)械拆裝演示直觀，使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)起來(lái)輕松，將會(huì)成為日后虛擬機(jī)械拆裝學(xué)習(xí)的主流方式。

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（編輯：胡玉香）

Application of Unity3D in Virtual Mechanical Disassembly and Assembly

LUO Ziqin
（Department of Petrochemical Engineering,Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology,Lanzhou Gansu 730060）

From the combination of virtual reality and assembly and disassembly technology,virtual disassembly and assembly and mobile communication,the development process of virtual disassembly and assembly and key and difficult points of Unity3D mechanical disassembly and assembly project,this paper introduces the application of Unity3D in virtual mechanical disassembly and assembly.The Unity3D virtual mechanical disassembly and assembly not only is a most intuitive demonstration,and a most easy way to learn for learners,but also will become mainstream way of learning for future virtual mechanical disassembly and assembly demonstration.

Unity3D,virtual,machine disassembly,3D technology

TP391

A

1672-1152（2016）06-0074-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.27

2016-11-07

甘肅省2012年科技支撐計(jì)劃-工業(yè)類(lèi)——石油化工企業(yè)三維應(yīng)急演練系統(tǒng)（1204GKCA004）

羅資琴（1966—），女，副教授，天津大學(xué)化學(xué)工程碩士，研究方向?yàn)槭突ぁ?/p>