基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)在企業(yè)中的應(yīng)用

摘?要：機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)在機(jī)械制造企業(yè)產(chǎn)品生命周期中發(fā)揮著越來越重要的作用，但傳統(tǒng)的產(chǎn)品模型的展示方式受到時(shí)間和空間上的種種限制，即使采用網(wǎng)站平臺(tái)由于二維圖片及裝配簡圖等展現(xiàn)模式，也無法將產(chǎn)品完整地展示出來。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，VRML技術(shù)為企業(yè)展示產(chǎn)品造型開辟了一條全新的道路，為機(jī)械企業(yè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到銷售、售后各個(gè)產(chǎn)品生命周期環(huán)節(jié)提供了極大的便利，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫；虛擬現(xiàn)實(shí)；三維建模；C#腳本程序

一個(gè)機(jī)械零件從設(shè)計(jì)、加工成型到入庫，再到產(chǎn)品發(fā)布、銷售與售后，幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都涉及對(duì)零件的特征進(jìn)行展示。為此，在對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和產(chǎn)品發(fā)布的各個(gè)環(huán)節(jié)中，經(jīng)常需要進(jìn)行由三維模型到二維圖形，再從二維圖形回到三維模型的空間思維活動(dòng)，由此讓企業(yè)員工和用戶了解產(chǎn)品的特征，這也是對(duì)機(jī)械零件信息進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和發(fā)布的重要之處。然而在實(shí)際進(jìn)行機(jī)械零件數(shù)據(jù)庫的管理和產(chǎn)品發(fā)布過程中，企業(yè)只是把機(jī)械零件的數(shù)據(jù)信息放在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行管理，對(duì)外發(fā)布新產(chǎn)品時(shí)，也只向客戶展示機(jī)械零件的二維平面圖片，這樣客戶只能片面地看到零件，需要自己去想象零件的特征。有的企業(yè)會(huì)把機(jī)械零件的實(shí)體展示給客戶，雖然這樣可以讓客戶更直觀地看到機(jī)械零件的特征，但是即便是一個(gè)簡單的減速器都有好幾十個(gè)零件，企業(yè)把每個(gè)零件加工出來作為展示，大大增加了企業(yè)的運(yùn)營成本。

隨著計(jì)算機(jī)科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)企業(yè)已普遍采用數(shù)字化模式，對(duì)已有的數(shù)字化三維模型進(jìn)行存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)庫，在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)場景中調(diào)入并展示，便可解決機(jī)械在各個(gè)生命周期中的應(yīng)用需求。因此，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)機(jī)械零件的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用是解決機(jī)械產(chǎn)品生命周期中各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用要求的最有效的途徑，本數(shù)據(jù)平臺(tái)采用先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以使企業(yè)高效率、低成本地對(duì)機(jī)械零件的信息進(jìn)行管理和展示，使用戶可以通過網(wǎng)頁直接瀏覽機(jī)械零件的三維模型，不受各種限制，簡易地實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品零件模型的交互操作，滿足企業(yè)員工和產(chǎn)品客戶的不同需求。

1?數(shù)據(jù)平臺(tái)開發(fā)方案的選擇

由于基于虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)平臺(tái)的開發(fā)具有一定的復(fù)雜性，可以采取原型法進(jìn)行開發(fā)數(shù)據(jù)平臺(tái)，我們可以先實(shí)現(xiàn)展現(xiàn)最為典型的機(jī)械產(chǎn)品如二級(jí)圓柱齒輪減速器，生產(chǎn)減速器企業(yè)的機(jī)械三維模型如SolidWorks建模的產(chǎn)品三維文件，可以將建好的模型文件導(dǎo)出為VRML文件（wrl格式），在生成wrl格式文件時(shí)要考慮虛擬現(xiàn)實(shí)模型在導(dǎo)入場景后的位置、視角及尺寸大小便于用戶的觀察，再將VRML文件按照庫存管理要求修改；也可以根據(jù)需求直接保存成三維CAD軟件用來跨平臺(tái)交流的eDrawings文件（eprt格式）。如果數(shù)據(jù)平臺(tái)有更復(fù)雜、更逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)交互要求，我們就要將機(jī)械產(chǎn)品的三維CAD文件通過3ds?Max軟件導(dǎo)出為FBX文件格式，便于在Unity平臺(tái)中利用C#腳本程序?qū)崿F(xiàn)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)場景的創(chuàng)建。［1］

因而在本數(shù)據(jù)平臺(tái)的開發(fā)過程中，我們是按照實(shí)際需求同時(shí)完成幾種方案，并對(duì)各種實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行比較，便于不同類型的企業(yè)選擇適合自己的方案，企業(yè)的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)類型越龐大，所需要的數(shù)據(jù)平臺(tái)方案復(fù)雜性越高，平臺(tái)數(shù)據(jù)管理的要求就越高，數(shù)據(jù)平臺(tái)開發(fā)原型就越復(fù)雜，投入的成本就越高。為了使用戶使用，我們選擇網(wǎng)頁作為機(jī)械產(chǎn)品虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)平臺(tái)的載體，最后通過網(wǎng)站調(diào)試與發(fā)布，企業(yè)用戶可以通過多種終端在網(wǎng)站上對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行管理，產(chǎn)品的客戶可以通過不同權(quán)限訪問網(wǎng)頁，通過虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽機(jī)械零件的三維模型，獲得更好的產(chǎn)品體驗(yàn)，增加企業(yè)產(chǎn)品推廣的廣度與深度，提高企業(yè)產(chǎn)品在銷售與售后服務(wù)渠道的競爭力，更好地服務(wù)客戶，最大化地增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

2?數(shù)據(jù)平臺(tái)開發(fā)的技術(shù)探索

2.1?機(jī)械零件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中機(jī)器產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)的來源

機(jī)械零件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺(tái)的機(jī)械產(chǎn)品模型可以直接使用產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的三維數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)不同用戶具有不同開放度，如企業(yè)內(nèi)部協(xié)同設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過網(wǎng)站的訪問權(quán)限獲得產(chǎn)品的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，但如果作為營銷圖像或招標(biāo)動(dòng)畫，要考慮企業(yè)本身數(shù)據(jù)文件的安全性，平臺(tái)發(fā)布的產(chǎn)品3D數(shù)據(jù)，防止競爭對(duì)手測量產(chǎn)品的幾何圖形，我們可以利用例如SOLIDWORKS?Composer提供的扭曲幾何的工具，以防止產(chǎn)品數(shù)據(jù)被他人惡意測量剽竊。［2］當(dāng)然在平臺(tái)上設(shè)置不同權(quán)限也是行之有效的手段，除此之外，用戶還可以為重要產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件添加訪問密碼或失效日期，來進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)的安全性［3］。

2.2?平臺(tái)中基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)械零件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

在數(shù)據(jù)平臺(tái)中會(huì)涉及大量基于虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品零件三維數(shù)據(jù)，如何將這些數(shù)據(jù)保存入數(shù)據(jù)庫，并且在一般網(wǎng)頁和復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)交互場景中方便地調(diào)用，是本平臺(tái)開發(fā)需要重點(diǎn)解決的問題，建立基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫可以采用將產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實(shí)三維數(shù)據(jù)信息完全存入數(shù)據(jù)庫中，這樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量龐大，而且數(shù)據(jù)更新速度較慢；另一種有效的方式就是在數(shù)據(jù)庫中存放虛擬現(xiàn)實(shí)三維數(shù)據(jù)文件索引的形式，這種方式在將虛擬現(xiàn)實(shí)三維模型作為插件插入簡單網(wǎng)頁或在unity虛擬現(xiàn)實(shí)游戲開發(fā)引擎中利用C#腳本程序調(diào)用時(shí)會(huì)十分便利，因而我們可以考慮使用虛擬現(xiàn)實(shí)三維數(shù)據(jù)文件索引的形式作為本數(shù)據(jù)平臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的途徑。

3?基于虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)頁平臺(tái)的搭建

3.1?軟件的選擇

網(wǎng)頁制作所需軟件我們可使用Dreamweaver軟件進(jìn)行網(wǎng)頁的編輯，對(duì)于數(shù)據(jù)庫軟件的選擇，如果數(shù)據(jù)規(guī)模較小，我們可以使用Access數(shù)據(jù)庫軟件，如果數(shù)據(jù)規(guī)模較大可使用SQL?Server數(shù)據(jù)軟件。

3.2?網(wǎng)頁制作所需素材制備

在SolidWorks建模完成后，就可以直接把對(duì)應(yīng)的圖另存為VRML格式，基于VRML（虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言）的wrl格式文件在網(wǎng)頁中以插件形式打開，可以讓用戶以便捷的方式、直觀、交互地瀏覽機(jī)械產(chǎn)品零件，可以得到很好的用戶體驗(yàn)。生成的VRML文件在網(wǎng)頁瀏覽器直接打開瀏覽的效果如圖1所示，用戶可以利用鍵盤、鼠標(biāo)或手指交互得到觀察實(shí)物一樣的效果，對(duì)于大型笨重的零件就更為便利。

在對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和發(fā)布時(shí)，機(jī)械零件的二維圖片也是不可或缺的，二維圖片可以作為用戶在網(wǎng)頁中的直觀區(qū)別各種零件的檢索信息，截圖的方法有很多，但是其過程都比較煩瑣，而且截下來的圖片質(zhì)量不高，不能逼真地表達(dá)零件的外形。SolidWorks不僅提供了三維建模的平臺(tái)，還可以對(duì)建好的三維模型進(jìn)行渲染，生成質(zhì)量高、逼真的機(jī)械零件圖片，如圖2所示。

4?基于虛擬現(xiàn)實(shí)的ASP機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁簡介

我們?yōu)榱吮Ｗo(hù)數(shù)據(jù)的安全性、提高腳本代碼的重用度及數(shù)據(jù)的訪問效率，采用了ASP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)，因?yàn)锳SP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)具有易于修改與測試、很好的腳本源代碼的保護(hù)性能，吸收了多種較為實(shí)用的技術(shù)，是一種發(fā)展較為成熟的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)，其核心技術(shù)是對(duì)組件和對(duì)象技術(shù)的充分支持。通過使用ASP的組件和對(duì)象技術(shù)，用戶可以直接使用ActiveX控件，調(diào)用對(duì)象方法和屬性，可以使用服務(wù)器端ActiveX組件來實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)，方便連接數(shù)據(jù)庫等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得開發(fā)中我們以簡單的方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)展示功能。

5?基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)上的產(chǎn)品動(dòng)畫與虛擬運(yùn)動(dòng)仿真

為了更好地體現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的功能，在機(jī)械產(chǎn)品生命周期的每個(gè)階段，我們希望機(jī)械產(chǎn)品能夠與現(xiàn)實(shí)無差異，而且能夠比實(shí)物更便利地通過動(dòng)畫與虛擬運(yùn)動(dòng)仿真展示其功能及實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。我們可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)畫與虛擬運(yùn)動(dòng)仿真的方式很多，可以根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品規(guī)模、技術(shù)能力等各方面因素選擇自己的解決方案。

我們可采用關(guān)鍵幀動(dòng)畫與編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)動(dòng)畫的模式來進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的虛擬展示。相比而言，關(guān)鍵幀動(dòng)畫更易實(shí)現(xiàn)，機(jī)械三維CAD軟件（如SolidWorks、UG等）均提供了較為強(qiáng)大的關(guān)鍵幀動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)功能，如圖3所示：

圖3?行星輪減速器運(yùn)動(dòng)算例中實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵幀動(dòng)畫

在完成關(guān)鍵幀動(dòng)畫后，我們可將其保存成eDrawings文件（eprt格式），在eDrawings中轉(zhuǎn)換為網(wǎng)頁文件或生成exe文件嵌入網(wǎng)頁文件中，可以輕松地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化。

如果企業(yè)機(jī)械產(chǎn)品規(guī)模較大，種類繁多，采用編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)動(dòng)畫的模式可以大大提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)動(dòng)態(tài)交互部分開發(fā)的效率，我們可以采用unity?3D開發(fā)平臺(tái)，并將三維CAD的產(chǎn)品數(shù)據(jù)在3ds?Max中轉(zhuǎn)換為unity?3D開發(fā)平臺(tái)支持的FBX類型三維機(jī)械零件模型，可以將FBX三維機(jī)械零件模型直接加入unity項(xiàng)目中，也可以將文件鏈接保存到Access數(shù)據(jù)庫，在腳本程序中便可調(diào)用這些三維模型，通過C#腳本程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械零件的相關(guān)虛擬操作，采用這種模式的優(yōu)點(diǎn)就可以提高代碼的重用度，不需要反復(fù)編寫功能相似的代碼，腳本代碼只需編寫一次便可多次使用，大大提高了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維機(jī)械零件數(shù)據(jù)平臺(tái)的開發(fā)效率。當(dāng)項(xiàng)目完成后，我們可以通過Build?settings選擇相應(yīng)的形式對(duì)開發(fā)的內(nèi)容進(jìn)行打包發(fā)布，也可通過相應(yīng)的功能插件實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)頁平臺(tái)的嵌入。

6?產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行終端的擴(kuò)展

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)是否具有良好的跨平臺(tái)性能是該應(yīng)用是否為企業(yè)創(chuàng)造更多價(jià)值的關(guān)鍵，通過前面的開發(fā)與測試，我們不難發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)平臺(tái)在PC機(jī)平臺(tái)運(yùn)行具有很高的穩(wěn)定性，當(dāng)然我們也可以選擇在手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上以電腦模式實(shí)現(xiàn)該數(shù)據(jù)平臺(tái)的運(yùn)行，但由于手機(jī)、平板等設(shè)備的特性，該平臺(tái)不加以擴(kuò)展就在手機(jī)、平板等設(shè)備上運(yùn)行將無法帶來最佳的用戶體驗(yàn)，我們可以通過擴(kuò)展數(shù)據(jù)平臺(tái)的部分模塊的運(yùn)行模式來解決這一問題，以達(dá)到降低企業(yè)平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問成本，以達(dá)到提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用廣度與深度的目的，使該數(shù)據(jù)平臺(tái)能創(chuàng)造更好的企業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在基于虛擬現(xiàn)實(shí)的機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)中，我們要擴(kuò)展部分內(nèi)容的訪問終端運(yùn)行模式，應(yīng)該以數(shù)據(jù)的復(fù)雜性為依據(jù)采用不同的解決方案。如果是中小型機(jī)械企業(yè)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)并不復(fù)雜，數(shù)據(jù)的交互性要求也不高，我們可以將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成STL格式或eDrawings文件類型的eprt格式，有很多成熟的網(wǎng)頁插件和手機(jī)APP程序或iOS程序能很好地支持這些數(shù)據(jù)文件類型的訪問與運(yùn)行。

對(duì)于大型機(jī)械企業(yè)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)復(fù)雜并且數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行性能要求較高，我們?cè)陂_發(fā)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)時(shí)，所創(chuàng)建的產(chǎn)品交互場景在最后發(fā)布設(shè)置Build?settings時(shí)可選擇相應(yīng)的發(fā)布模式，如安卓手機(jī)能訪問的Android?Build模式或蘋果平臺(tái)的iOS?Build模式。

通過對(duì)該機(jī)械產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)運(yùn)行終端的擴(kuò)展，為企業(yè)能更便利地使用數(shù)據(jù)平臺(tái)創(chuàng)造了可能性。例如，產(chǎn)品倉庫管理人員與產(chǎn)品的銷售人員通過手機(jī)可便捷直觀地了解產(chǎn)品的細(xì)節(jié)，該平臺(tái)的運(yùn)用將顯著地提高企業(yè)運(yùn)行的專業(yè)化、規(guī)范化和高效化程度。

結(jié)語

通過實(shí)踐，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠順利地搭建并運(yùn)行，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械企業(yè)產(chǎn)品在我們的機(jī)械企業(yè)中極少應(yīng)用，即便在產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)銷售環(huán)節(jié)中大型電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)機(jī)械產(chǎn)品的展示還停留在較傳統(tǒng)的二維平面效果圖狀態(tài)，幾乎未達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)展示機(jī)械產(chǎn)品的逼真度、交互性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足機(jī)械產(chǎn)品生命周期各階段的用戶需求。因而采用并積極推廣基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)是企業(yè)提高產(chǎn)品效益、增強(qiáng)企業(yè)競爭力的有效途徑。［4］在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們還應(yīng)積極應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)改良平臺(tái)，完善平臺(tái)，我們相信隨著基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的機(jī)械企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用及不斷發(fā)展，企業(yè)一定會(huì)增加自己的核心競爭力，走上更廣闊的智能化發(fā)展道路。

參考文獻(xiàn)：

［1］張堯.Unity?2021從入門到實(shí)戰(zhàn)［M］.中國水利水電出版社，2022，6.

［2］陳超祥，胡其登.SOLIDWORKS?Composer使用指南?2018版［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2018，9.

［3］薛云娜.基于Composer的機(jī)械基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)的研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2022（39）.

［4］王亮.企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用趨勢——集團(tuán)級(jí)機(jī)械設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)［J］.營銷界，2020（25）.

作者簡介：劉秋平（1972—?），男，江蘇揚(yáng)州人，東南大學(xué)工學(xué)碩士，揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)副教授，高級(jí)程序員，研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、軟件工程。