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基于Unity3D的机械结构认知线上虚拟实验平台

参赛方向: 面向教育教学的3D/VR/AR创新应用

参赛赛区: 广东赛区

参赛组别: 教师组

参赛院校: 广东工贸职业技术学院

参赛院系: 机电工程学院

参赛教师: 阎汉生,游凯,周渝明,孙涛,张坡

项目简介
         本项目采用Unity3D技术为核心,建立了能通过互联网共享的三维交互虚拟实验平台,在平台上呈现需要认知的产品结构三维模型。由用户通过各种输入设备对真实产品的三维结构模型进行反复拆装。已经开发了一系列机械产品的虚拟三维模型(挂烫机、注塑模具等)用于相关实验课程,如机械结构认知、产品造型设计、模具拆装实训等。
项目详情

       随着我国高等教育的逐渐普及,学生对学校实验条件的需求越来越高,很多单位内的实验室、实训基地都面临着资源紧张,需要扩建、改造的问题。实验设备、仪器的购置和损耗已经给学校造成较大的经济压力,同时也制约着相应课程的改革发展。针对这种状况,依靠当代计算机图形性能和互联网技术的飞速发展,通过构建三维模型进行虚拟实验逐步成为改进实验条件的一种重要手段。

我院机械工程系下属多个专业,都开设了机械产品的测绘、产品结构认知、产品结构设计、模具拆装等课程。对真实产品结构认知的最好途径就是由学生自己动手反复拆卸组装产品,但由于存在真实产品数量不足,拆解过程容易破损的情况,实际上很难推广这种认知途径。本项目采用Unity3D技术为核心,建立能通过网络共享的三维互动平台,在平台上呈现需要认知的产品结构三维模型。由用户通过鼠标、键盘、数据手套等输入设备对真实产品的三维结构模型进行反复拆装,能大幅度提高学生实验的时长、频次,有效减轻学校资金压力。


项目目标:建设一个用于网络浏览、交互的网站,其中嵌入三维互动平台系统。

构成该虚拟系统需要的资源主要有:基于产品实物测绘建模的高精度模型、用户界面资源、产品信息资源、Unity3D交互模块、用于嵌入Unity3D交互模块的HTML网页。建设的主要流程是:通过对真实的工业产品进行实物测绘,采用主流三维软件建模,再利用Unity3D制作产品模型虚拟拆装模块,最后嵌入到网页当中,通过浏览器访问网页,对产品结构进行虚拟拆装、认知学习。




难点创新

难点:

1. 如何构建能在线上运行的虚拟交互实验平台

2. 如何保证产品结构的高精度建模

创新点:

1. 对真实产品采用RhinoPro/E等软件进行高精度建模,提高三维模型的真实感,实现更接近真实拆装的模拟效果。

2. 针对每种产品结构,提供自动演示、点击拆卸、拖曳装配三种不同的交互方式,更好的满足不同的学习需求。

3. 在互联网上发布三维互动平台,满足学生随时随地学习的需求,更好的参与广域的资源共享。

成果成效

完成了3个日用产品模型和2个机械设备模型共5个模型的高精度建模和交互功能设计和制作,编写超过2000行代码,实现600多个交互动作和功能,虚拟平台网站的点击量近10万次。

入选2018年广东省高校待转化科技成果选编(全省共99项,高职学校共4项入选)

计算机软件著作权 基于VRP的虚拟交互创新训练系统 登记号:2018SR792579

2018年广东省高职制造教指委一般项目

2017年广东省挑战杯大学生课外科技学术作品竞赛三等奖

2014年广东省大学生创新创业训练计划项目

[1]阎汉生,肖正涛,龙宇辉,张翠婷,龙瑶.基于网络的产品交互虚拟实验室建设与发布[J].实验技术与管理,2017,34(04):147-151.(中文核心)

[2]阎汉生,曾峰,龙宇辉.基于Unity3D的产品结构认知虚拟实验室构建[J].实验室研究与探索,2017,36(08):117-121.(中文核心)

项目完成至今(2017-2019年),项目平台“广东工贸虚拟实验室”经审批挂入学校服务器,保持7x24小时运行,网址:http://jp.gdgm.cn/2017vrlab/

该虚拟实验平台可供所有用户免费使用,主要对象是各高职院校机械类专业学生,在机械产品测绘、机械设计基础、产品结构设计、模具拆装实训、产品造型设计、结构优化设计等课程中的实验环节使用。受益面非常广,仅在我校的实际使用频次就达50000人次/学年。极大的提升了学生的结构认知实训频次和效果,同时降低了实验模型购置费用。

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