基于转辙机虚拟学习培训系统的设计.pdf

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1、第５期（总第２０４期）机械工程与自动化No．５２０１７年１０月MECHANICAL_ENGINEERING_&_AUTOMATIONOct．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０５‐０００４‐０３基于转辙机虚拟学习培训系统的设计梅_萌，敖银辉（广东工业大学机电工程学院，广东_广州_５１０００６）摘要：针对城市轨道交通信号道岔转辙设备相关技术人才需求的不断增长，设计开发了一套道岔转辙机的自动化学习、培训系统。通过三维建模和虚拟现实技术，构建虚拟操作和维修场景，将设备的结构、工作原理等动态展示出来，使得用户通

2、过使用该系统可以感受类真实操作过程。实际应用表明，使用Unity３D的转辙机仿真训练平台具有直观的结构展示和杰出的交互功能，能够满足轨道交通领域对于转辙机维修维护培训的需求，具有一定的推广价值。关键词：虚拟现实；交互设计；Unity３D引擎；转辙机中图分类号：TP２７３___文献标识码：A0_引言2_三维模型的构建城市轨道交通通信信号仿真技术的发展为列车运２．１_SolidWorks零件建模及装配［８］行安全提供了保障。信号道岔转辙设备是信号道岔控三维结构模型是信号道岔转辙设备进行虚拟操制的终端执行机构，基本

3、功能是转换锁闭轨道尖轨，它作的基础。由于SolidWorks具有便捷的平面图形绘是轨道信号交通控制的重要部分。在当今轨道交通迅制能力和强大的特征创建功能，系统采用SolidWorks速发展的环境下，对信号道岔转辙设备相关专业人员进行三维模型的创建，基本步骤如下：［１］的需求日益增长。目前阶段道岔转辙机的培训理论（１）根据转辙机设计图纸和转辙机设备实体结构学习交互性差、时间长，探索更加科学有效的培训方法组成进行零部件的拆分。意义重大。（２）按照设计思路选择零部件的基本断面，进行［２］［３］虚拟现实技术的迅猛发展

4、给道岔转辙设备的基本特性草绘，然后利用特征属性操作完成零部件的培训带来新的契机，基于虚拟现实的培训系统具有重创建。复学习使用、不受地域时间限制、安全可靠、提供给学（３）根据设备的具体结构完成转辙机的装配，实员基于沉浸式和交互式的模拟现场实训的培训效果等现转辙机整个模型的装配。优点，受到越来越多企业的欢迎。1_转辙机虚拟培训系统框架［４］转辙机虚拟培训系统能够给出转辙机的拆装学习以及基本的维修维护方法概念。本文创建的虚拟维［５］修系统主要包括用户图形界面（GUI）交互、拆装交互、脚本交互等三大模块，其中GUI模

5、块是系统面向用户的接口，以三维模型拆装维修为主的拆装虚拟场景交互模块是虚拟系统的核心。使用者通过GUI界面进行虚拟装备的浏览操作学习，选择不同的操作案例实施交互操作。实际操作过程中，最先研究转辙机图１_转辙机虚拟学习培训系统的结构框图实体结构，应用SolidWorks、３DMaxs、Photoshop等２．２_３DMax模型贴图及动画绘制［６］工具完成三维模型的创建，并在Unity３D中进行场为了得到逼真效果，平台利用３DMax对装配模景的创建、优化，最后将整个模型导出内嵌Winform型进行贴图优化，同时使

6、用Photoshop对材质贴图进［７］框架。转辙机虚拟学习培训系统的整体结构如图１行优化处理，提升３DMax模型的渲染效果，并完成参所示。数调配、场景优化等操作。国家自然科学基金资助项目（５１２７５０９３）；广东省科技厅科技项目（２０１３４９８A）收稿日期：２０１７‐０３‐１５；修订日期：２０１７‐０７‐１０作者简介：梅萌（１９９０‐），男，湖北麻城人，在读硕士研究生，研究方向：虚拟现实、故障诊断和仿真优化。_２０１７年第５期___________梅萌，等：基于转辙机虚拟学习培训系统的设计·５·最后利用３DM

7、ax强大的三维动画制作功能，在father．Rotate（３*（a．y－Input．mousePosition．y）*Time．deltaTime，３*（Input．mousePosition．x－a．x）*Time．delta‐调配好的模型中制作转辙机拆装动画。Time，０，Space．Self）；3_关键技术的实现｝３．１_用户界面交互else｛界面是用户与系统进行通信的基础，系统主体界a＝Input．mousePosition；｝面主要分为功能选择区、案例选择区、案例展示区。功i＝！i；能选择区展示了系

8、统的功能命令，案例选择区是当前｝功能下可供选择的操作案例，案例展示区展示当前选中案例的操作。系统的登录界面和主体界面如图２和图３所示。图２_系统的登录界面图５_交互视图３．３_虚拟脚本交互设计Unity３D具有优秀的脚本编译功能，考虑到JavaScript是一种基于对象和事件驱动的脚本语言，平台采用JavaScript进行交互脚本的开发与设计。为了实现转辙机模型多层次、全方位的虚拟仿真，设计了对应J