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基于Quest3D的虚拟现实技术在车床实验教学中的应用 ◆程 松 付宏鸽泽井牙衣
介绍了一种结合Quest3D 技术开发的虚拟车床教学系统，该系统应用于高等院校学生的车床教学工作。在三维建模、程序开发、制作交互设备、实现实时控制等四个方面对教学系统进行了较详细的阐述。教学系统从提高学习兴趣、开拓视野、提高学习自主性等角度出发，为学生提供了四个学习模块。通过实验应用表明，虚拟车床教学系统在节省教学成本、降低操作实际车床可能存在的风险、提高学生课堂学习效率等方面具有显著效果。 0 引言
虚拟现实技术是综合多学科技术的一种新兴计算机技术，在各行各业中的应用具有很大的潜力，其中在实验教学方面的应用也越来越广泛，也受到了广大师生的认可。在车床教学方面，学生在车间操作实习的传统教学方法存在教学设备购置成本高、学生操作易发生危险等不足，车床实验教学有很大的时间和空间限制。并且国内针对车床教学所开发的教学产品较少。针对以上问题，并借鉴虚拟现实技术在其他领域应用的经验，开发了车床教学系统。
1 教学系统的开发方法与流程
1.1 三维建模
教学系统的开发流程如图1所示。三维建模的过程中，虚拟车床和虚拟车间三维模型的建立由SolidWo
斯蒂文 斯皮尔伯格
rks 完成，然后使用3DMAX 完成全部虚拟场景的材质渲染、贴图、灯光设置等工作。虚拟车床的数据参数是以CA6140车床为参考，严格依据车床各
零件实际尺寸和装配关系进行建模。
词源学图1 教学系统的开发流程
1.2 程序的开发
下面以播放视频程序的开发为例，介绍程序交互功能的开发方法。在Quest3D 开发环境中，播放视频程序主要由选择按钮、视频贴图、摄像机之间的逻辑关系实现。如图2所示，在Channel Switch 下连接四个3D Render Channel ，每个3D Render Channel 下连接有Camera 和Object ，将Object 设置成一个平面，之后在其Surface 子信道上接入已导入视频的MediaTexture 信道，并调整好尺寸和摄像机的距离。当Channel Switch 触发该3D Render 时，该3D Render 控制下的摄像机会将拍摄到的Object 平面上播放的视频展现在软件界面上，用户即可观看视频内容。通过Selected item 将Channel Switch 与ComboBox 相连，即可实现通过点击视频目录中的按钮触发Channel Switch
下相应的视频。
图2 播放视频功能的Quest3D 开发环境
1.3 车床模型的制作及实时交互控制的实现
为了实现人与虚拟环境的交互，为车床教学系统配套开发了控制工具，类似于简化缩小版的车床称之为车床模型。车床模型上各个运动部分安装有传感器，可以实时感知车床模型的的运动。之后通过信号系统接收车床模型上各传感器采集的运动信息，经无线模块发送至电脑端的虚拟车床，虚拟车床上各运动部分即可实时依据信息反应出车床模型的运动。
2 功能及使用
在虚拟车床的虚拟加工场景构建完成后，为了增加虚拟场景的易用性，通过Quest3D 为虚拟场景设计了层次化的操作界面，增添了加工工艺、刀具库、教学视频三个辅助教学功能，使虚拟场景提供更丰富的知识内容。
学生在使用虚拟场景时，按照自己的兴趣自主去选择不同形式的内容进行学习，在主动下获取知识，有助于培养学习的自主学习能力和探索精神。
3 应用效果
虚拟车床加工场景中虚拟车床的仿真的加工效果使学生不必去实习车间就能形象的感受到车床的加工过程，打破了空间、时间的限制。学生主动地操作车床模型的同时注意着教学软件上虚拟车床的工作发展动向
效果，车床模型和虚拟车床把学生的眼、耳、手、脑同时调动起来，使学生的学习效果更好，并且安全性高，不会因操作失误发生危险。教学软件将虚拟现实技术与电子信息技术相结合，实现车床模型与虚拟车床同步、操作与仿真结合，以很低的成本将CA6140车床的操作和效果集合到计算机上，弥补了实验教学条件的不足。
4 小结
虚拟现实技术在车床教学中的应用为车床教学方法注入一股新的血液，随着科技的持续发展，可以把虚拟现实领域中更先进的交互设备融入到车床教学当中，比如数据手套、头盔式显示器、空间跟踪定位器、三维鼠标等，更先进车床教学仪会给学生带来更好的学习体验和学习效果，激发学生的创造力。新技术的不断开发和利用，将推动车床教学及其他实验教学领域不断变革进步。
引用：谭纶
[1]李莉，周蕾，李俊红.虚拟现实技术在实验教学中的应用[J]，福建电脑.2007（1）：17-18.
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