装备电气三维虚拟教学系统设计与实现

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1、装备电气三维虚拟教学系统设计与实现　　摘要：针对装备电气传统教学方法不能适应现代装备发展需要的问题，设计了一套适用于武器装备电气系统系列课程的虚拟教学系统，采用3DSMax+Cult3D+Delphi方式来实现虚拟效果，并介绍了系统功能模块和详细的开发设计流程。该系统有利于学生自主学习，增强了教学互动性和沉浸感，提高了学习效果。关键词：电气虚拟教学Cult3D互动性随着武器装备信息化程度的提高，电气系统越来越复杂，因此对装备电气教学训练提出了更高的要求。目前，装备电气教学一般是采用书本教材、挂图结合实装的方式[1]，但这种方式面临诸多问题：（1）

2、电气设备连接关系复杂，一张电路图往往涉及多个电气设备，而这些设备在武器装备内部又并非在同一空间位置；（2）在训练场地进行实装教学，不易于学生理解电路原理；而在课堂上脱离实装学原理，又难以弄清电子元器件在装备上的具体位置；（3）由于装备数量和训练场地有限，学生的操作实践难以保证，训练效率低下；（4）装备电气功能结构复杂，造价昂贵，对装备的拆卸容易造成设备损坏。因此，需要从装备电气教学的手段和方法上进行创新，开发符合学生实际需求的教学设备和手段。随着计算机软硬件技术的迅速发展，基于虚拟现实技术装备电气教学系统可以解决传统教学的诸多问题，能极大提高学习

3、效率，对培养技指结合的学生、提高学生的装备维修能力有着重要意义。1武器装备电气系统虚拟教学系统我教研室开设的武器装备电气系统系列课程包括电气原理、故障诊断和模拟训练3个子课程。为了将原理教学和训练教学更加紧密地联系起来，开发了武器装备电气系统虚拟教学系统。该系统由电气原理、虚拟装备结构、虚拟电路板和虚拟仪器四大功能模块组成。（1）电气原理模块主要展示传统的电气教学元素，包括装备电气原理讲解、电路图浏览、视频、课件的播放等。（2）虚拟装备结构模块主要用于装备外观、内部结构的教学，学生可以在装备内部进行虚拟漫游，熟悉电气设备在装备内部的空间位置，也可

4、以对电气设备进行分解、结合，掌握电气设备的正确拆装步骤。（3）虚拟电路模块用于模拟实际电路板的电气属性、连接关系、测试热点等，学生通过与界面的交互，了解电路原理图与实际设备的对应关系。例如点击原理图上的某个元器件，便可查看该器件具体位于哪个电气箱体的哪块电路板上以及它其他元器件的实际连接关系如何。（4）虚拟仪器模块用于模拟实际仪器的测试效果，可以对虚拟电路板上的测试点进行电气测试，并能模拟实际仪器的换挡、读数和波形等，避免了真实测试操作的危险性和破坏性。系统采用BorlandDelphi7.0编程工具与Cult3D三维虚拟技术，实现装备电气教学的

5、动态交互设计，完成三大虚拟模块的功能需求。2虚拟教学系统设计流程武器装备电气系统虚拟教学系统采用3DSMax+Cult3D+Delphi来实现学生与模型的交互，具体方法如下：2.1构建静态模型教学系统的虚拟环境首先要构建被观测对象的静态模型，即某型号装备电气系统的三维模型，使其能够逼真地展现实装备电气设备的外观。本系统采用3DSMax2010软件制作模型的立体几何形态和外观材质，细节部分的材质采用实物照片贴图方式，从而生成电气设备的三维静态模型文件，即*.max文件。2.2动态模型设计为了使学生更加直观地理解装备电气系统的构成、连接关系和组装方式

6、，需要对静态模型进行动态设计，转换成动态模型，提高学生的操作兴趣和虚拟现实的沉浸感。Cult3D是Cycore公司开发的一种3DX络技术，它可以把图像质量高和速度快的交互、实时物体送到所有因特X用户手上。Cult3D技术可以做到档案小、真实互动、跨平台运用，并有优秀的三维质感表现[2]。本系统采用Cycore公司提供的Cult3DExporter插件将*.max文件转换为Cult3DDesigner软件可以操作的*.c3p文件。在Cult3DDesigner里对静态模型进行旋转、缩放和拖动的动作设计，针对不同的模型，设计XYZ坐标旋转轴点、鼠标敏

7、感度和响应速度；并且通过制订模型配件的约束路径，设计用户对设备的拆卸动作。图3是Cult3DDesigner软件中对某电气设备拆分动作的映射图。动态模型生成的最终文件输出为（*.co）压缩文件，该格式文件占用空间小，可嵌入X页或odel，部件对象模型）使得软件部件在X络环境中进行交互的技术集，可嵌入到包容器宿主应用程序中，与开发平台无关[3]。本系统采用显示调用动态链接库的方法实现动态模型到Delphi软件平台的嵌入。3应用情况和实践效果学生在学习武器装备电气系统的电气系统总体结构时，可使用本系统的虚拟装备结构模块，浏览电气设备在装备上的空间位置

8、，并直接进行拆装操作。图4所示为学生对某电气设备的拆装过程，可在提示模式下根据提示步骤进行操作，也可在考核模式下进行考核。学生在学习电路