农田喷灌车虚拟仿真设计

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1、2014年12月农机化研究第12期农田喷灌车虚拟仿真设计刘桂阳，李思莹(黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江大庆163319)摘要:选取农田喷灌车为研究对象，使用Pro/E对喷灌车进行机械三维基础建模，利用3dsMax对模型进行后期处理，包括模型顶点和面的处理、添加材质、机具命名、轴心调整等。在Unity3D建立虚拟场景，对喷灌车的各个部件按照仿真需要进行父子关系的处理，并建立辅助仿真对象。通过分析喷灌车运动原理，建立相应的数学模型，并在此基础上对喷灌车的行驶与机械臂的展开与折叠进行虚拟仿真。通过对利用父子关系加旋转运动的有机结合，实现了农机

2、复杂运动仿真的通用方法，可以推广到各种农机具的虚拟仿真展示中。关键词:农田喷灌车;虚拟仿真;Unity3D中图分类号:TP37;S186文献标识码:A文章编号:1003－188X(2014)12－0024－06DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2014.12.006设计模块及工程图绘制模块等，越复杂的机械模型所0引言包含的内容越多。本文选取机械仿真的目的是实现伴随着信息技术的发展，虚拟现实仿真技术日益喷灌车在田间的行驶及喷药操作，主要模拟车身的运成熟。这是一门多学科融合的交叉技术和前沿科学动以及机具的操作效果，而不包含机械的内部

3、传动原领域，在很多领域中已经得到了应用。将农业机械与理。所以，对其内部的复杂构造(如发动机内部结构虚拟现实仿真技术相结合已成为现代化农业技术发和气压传动机构等)没有进行建模。因此，在建模时，［1］展的趋势，也逐步成为热点研究课题。从展示内容的角度将农田喷灌车的模型大体分为4虚拟现实技术在农业机械上的应用是指通过计部分:机身、车轮、喷灌箱及喷洒机械臂。算机对农业机械的外观、功能、行为进行建模，也就是为了达到建立机械模型的精准要求，用Sketch-建立虚拟样机，生成逼真的三维虚拟环境。通过虚拟Up、3dsMax等通用建模工具是不合适的，可选用专业现

4、实系统，能够在虚拟环境中实时观察虚拟农机的农的机械建模软件Pro/E将模型的图纸导入Pro/E中，业生产活动、实现农机的性能实验和特性评估，并且以线条的形式画出。建立组装好的模型在3dsMax中人与机械之间能进行实时的交互。做后期处理，最后在Unity3D环境进行下一步仿真操本文在了解农田喷灌车工作过程的基础上，利用作，具体流程如图1所示。［2］1．2贴图材质处理虚拟现实仿真技术在Pro/E环境下建立模型，导入3dsMax中做后期处理将农田喷灌车的外观设计呈在Pro/E环境下建立的基础模型只具有三维外现;利用Unity3D来实现行驶、喷洒机械臂

5、的展开、折观，虽然它本身自带材质，但是不符合虚拟仿真的要叠以及作业时虚拟环境，为用户提供一个可操作的原求。一般的模型无论光照效果还是后期渲染，若每一型农田机械，不仅可以为农业教学科研提供服务，也部分都是独立材质，做烘焙会有很多小碎面，十分混［3］可以用于农业机械的观光与培训。乱，所以需要在3dsMax中做后期处理、焊接节点。通过UVW修改器对模型进行贴图，具体步骤如下:修1农田喷灌车模型的建立改器把立体的三维模型的表面在一个平面上展开、铺1．1三维模型建立平;然后，把这个展平的表面输出到二维图形编辑软通常一个机械的完整设计包含了零件制图、装配件

6、中绘制贴图;最后，再把画好的贴图贴回到三维模型上。收稿日期:2013－11－22利用UVW贴图可以精确地控制模型上的UV面，基金项目:黑龙江省高等教育教学改革项目(黑教高函2013－351－365);国家发改委“种植业物联网应用示范工程”项目(发将纹理贴图准确绘制到模型表面，特别适用于不规则改办高技)［2011］2058号)形状的模型和纹理贴图不规则的情况。将整个喷灌作者简介:刘桂阳(1972－)，男，黑龙江五常人，教授，(E－mail)guiyangliu@126．com。车的贴图利用UVW展开，效果如图2所示。·24·2014年12月农机化

7、研究第12期图3凹凸贴图效果Fig．3Effectofbumpedmapping图1建模流程图Fig．1ThechartofModelingProcess图4最终效果图Fig．4Finalrenderings1．3调整零件轴心在机械臂的运动仿真中，大部分零件都要进行旋转运动，而旋转是依赖于零件模型的自身坐标轴进行的。由于每一级的机械臂旋转的轴心都不相同，因此针对此喷药机调轴是关键的一步。3dsMax的场景采用右手系模式，z轴默认向上，喷灌车机械臂的旋转很显然是以z轴为旋转轴旋转。以一级机械臂为例，其轴心在黄色钮的中心与下方绿色螺栓中间的连线上，

8、如图5(a)所示(为了方便观看，其余机械臂暂时隐图2UVW展开图藏)。由于机械臂模型并不垂直于地面且稍微向机身Fig．2ImageofUVWunwra