CN110364045A - 一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，包括以下步骤：1)通过三维制图软件，将真实环境下的船舶辅机设备进行模型搭建；2)模型搭建完成后，形成模块，把模块观察不到的内表面模糊化处理，并对模块表面纹理进行渲染。建模精细，可以对辅机实现全方位多层次学习，可以应用于手持端，随时随地都可以进行学习操作，比较简便。

Description

一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法

技术领域

本发明属于船舶辅机拆装教学领域，尤其涉及一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法。

背景技术

随着计算机视觉技术的发展，虚拟现实逐渐走入了人们的生活之中，凭借虚拟现实技术，人们可以进入一个由计算机模拟的虚幻世界，对于船舶辅机的拆装来说，如何使每一位要学习辅机拆装的学生都有大量的时间进行练习，保证教学质量，以及确保学生能够真正掌握这项技术，虚拟拆装在船舶辅机拆装领域里有了越来越广泛的应用。

现有船舶辅机VR应用都是为了电脑端而设计的，不能实现学生随时随地学习船舶辅机拆装的目标，并且现有船舶辅机VR应用的模型建模不够精细，不能对辅机实现全方位多层次的学习。现有的船舶辅机VR应用功能不够多样化，对辅机各个部件未提供解释，没有起到很好的教学作用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，建模精细，可以对辅机实现全方位多层次学习，可以应用于手持端，随时随地都可以进行学习操作，比较简便。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，包括以下步骤：

1)通过三维制图软件，将真实环境下的船舶辅机设备进行模型搭建；

2)模型搭建完成后，形成模块，把模块观察不到的内表面模糊化处理，并对模块表面纹理进行渲染；

3)将渲染后完成后的模块导入到三维制图软件，然后对交互行为进行定义，即根据手持端屏幕按压的动作和按压点数量作出的动作得到的信息，通过驱动系统给出相应的反馈；

4)交互行为进行定义完成后，将模块打包成手持端上使用的格式。

在上述技术方案中，步骤3中，在将模块导入三维制图软件时，同时将模块的简介、图片信息编辑成多媒体信息的形式，一起展现在手持端显示界面中。

在上述技术方案中，步骤3中，渲染完成后的模块导入到三维制图软件后，形成一套自动装拆的动态演示，并作设备简介或爆炸演示。

在上述技术方案中，步骤3中，通过触发器碰撞检测法或者万哥碰撞检测法进行碰撞检测，防止模块中的部件在装拆移动时产生重叠。

本发明的有益效果是：通过手持端即可进行拆装教学，便捷性高、稳定性好、兼容性强，虚拟沉浸感强，使用者可以随时随地在手持端进行船舶辅机设备的拆装。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，包括以下步骤：

1)通过三维制图软件，将真实环境下的船舶辅机设备进行模型搭建；

2)模型搭建完成后，形成模块，把模块观察不到的内表面模糊化处理，并对模块表面纹理进行渲染；

3)将渲染后完成后的模块导入到三维制图软件，然后对交互行为进行定义，即根据手持端屏幕按压的动作和按压点数量作出的动作得到的信息，通过驱动系统给出相应的反馈；

4)交互行为进行定义完成后，将模块打包成手持端上使用的格式。

在上述技术方案中，步骤3中，在将模块导入三维制图软件时，同时将模块的简介、图片信息编辑成多媒体信息的形式，一起展现在手持端显示界面中。

在上述技术方案中，步骤3中，渲染完成后的模块导入到三维制图软件后，形成一套自动装拆的动态演示，并作设备简介或爆炸演示。

在上述技术方案中，步骤3中，通过触发器碰撞检测法或者万哥碰撞检测法进行碰撞检测，防止模块中的部件在装拆移动时产生重叠。

船舶辅机设备大多为机械设备，并具有明显的几何形状，我们利用3dsMax三维建模软件进行模型搭建，为了让学生能够得到更好的沉浸感，更清晰地对船舶辅机设备内部进行认知，良好的模型搭建是首要的要求。但是对于整个应用来讲，完全1：1的辅机模型，无疑增加了整个模型文件的大小，加大了计算机运算的负担。另一方面，我们还要实现拆装动作，以及演示动画等等交互功能。因此，我们必须既保证相对良好的模型外观，也要保证模型迅速的加载速度，来减少交互时的卡顿现象。

在模型构建实际操作过程中，我们发现模型的多边形数目和节点个数对计算机运算速度有极大的影响，如果使用增加面片的数量来使模型更加细致是很不值得的，我们查阅相关资料，采用了传统三维建模和表面纹理烘焙相结合的方法，在初始建模成型之后，把观察不到的内表面模糊化处理，并且使用3DsMax软件的Rendering to Texture 模块对表面纹理进行渲染，这个烘焙功能模块不再是传统地使用面数换取细致结构，取而代之的是通过贴图来渲染模型的表面纹理，达到相同甚至更逼真的效果，这样做既保证了计算机运算的速度，也保证了船舶辅机模型的真实感。

在利用3DsMax软件将船舶辅机三维模型导入Unity中之后，如果没有交互行为的控制，拆装系统中的三维模型将会是静止的，不随学生的动作而变化，所以我们对学生于模型之间的交互行为进行定义，有了良好的交互操作，可以使学生在使用中对船舶辅机的内部结构有更深的了解，模型通过交互行为“动起来”，也可以激起学生对拆装过程的兴趣。本系统中的交互行为是用来描述学生在虚拟状态下对船舶辅机三维模型的拆装行为与操作，而合理的交互定义是一个虚拟拆装系统的基础，方便实现虚拟拆装系统中对模型的移动，旋转，拆卸的控制。

在unity3D中，我们已经赋予设备部件特定的动作，但是，它并不存在真实世界所具有的物理碰撞。也就是说，在模拟虚拟世界中，当一个部件进行移动时，它会从部件内部穿出到运动轨迹延长线以外，并且还可能与设备其它部件产生重叠，违背了物理事实，产生完全不符合常理的场景，这就与虚拟现实良好的沉浸感要求背道而驰。在查阅相关资料以后，我们了解到，为了避免这种情况发生，我们可以采用多种碰撞检测的方法，如方向包围盒检测(OBB)，轴向包围盒检测 (AABB)，球体包围盒检测等，目前，由于unity3D软件的不断优化，该软件内部携带碰撞检测功能，在unity3D中包含基本碰撞检测、触发器碰撞检测和角色控制碰撞器等，因为我们的模型运动方式基本为直线运动，所以我们这里使用触发器碰撞检测法或者基本碰撞检测里面的网格碰撞检测法，由于我们最终是输出于移动端使用，所以我们要调整相应的参数，来保证模型所占内存的大小较为合适。然后指定一个处于触发状态的触发器，将我们水位计模型的端盖包含至此触发器之中，这样螺钉与端盖的碰撞检测就转变成了螺钉与触发器之间的碰撞检测。当系统检测到螺钉已完全嵌入端盖后，学生再次点击螺钉则不会继续旋入端盖。

而网格碰撞检测的简要操作流程为，点击unity3D中菜单栏的 Component,找到选项卡Physics中的MeshCollider对于指定对象进行参数编写，然后对MeshCollider进行设置，实现简单的碰撞检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，其特征是：包括以下步骤：

1)通过三维制图软件，将真实环境下的船舶辅机设备进行模型搭建；

2)模型搭建完成后，形成模块，把模块观察不到的内表面模糊化处理，并对模块表面纹理进行渲染；

3)将渲染后完成后的模块导入到三维制图软件，然后对交互行为进行定义，即根据手持端屏幕按压的动作和按压点数量作出的动作得到的信息，通过驱动系统给出相应的反馈；

4)交互行为进行定义完成后，将模块打包成手持端上使用的格式。

2.根据权利要求1所述的基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，其特征是：步骤3中，在将模块导入三维制图软件时，同时将模块的简介、图片信息编辑成多媒体信息的形式，一起展现在手持端显示界面中。

3.根据权利要求1所述的基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，其特征是：步骤3中，渲染完成后的模块导入到三维制图软件后，形成一套自动装拆的动态演示，并作设备简介或爆炸演示。

4.根据权利要求1所述的基于手持端和虚拟现实的船舶辅机拆装教学应用方法，其特征是：步骤3中，通过触发器碰撞检测法或者万哥碰撞检测法进行碰撞检测，防止模块中的部件在装拆移动时产生重叠。