虚拟现实技术在起重机钢结构设计与制造课程教学中的实践应用

《装备制造技术) 2 o 1 3年第 7期

虚拟现实技术在起重机钢结构设计与制造课程教学中的实践应用 余震’,沈琛林 ( 1 .武汉科技大学机械自动化学院,湖北武汉 4 3 0 0 8 1; 2 .武汉理工大学智能制造与控制研究所,湖北武汉 4 3 0 0 6 3 ) 摘要:虚拟现实技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术,生成逼真的三维虚拟环境,用户

通过使用相应的硬件设备。便可以进入虚拟空间,感知和操作虚拟世界中的各种对象。从而获得身临其境的感受和体

会。应用虚拟现实技术模拟大型起重机及其钢结构的虚拟物理模型,有利于在教学中使学生产生身临其镜的感觉。针 对桥式起重机的结构特点,构建其结构的虚拟起重机模型,最终实现其在起重机钢结构设计与制造课程教学中的实践应用,保证在该课程教学中让学生身临其境的沉浸感。 关键词:虚拟现实技术;起重机钢结构;课程教学实践中图分类号: T P 3 9 1 . 9; G6 4 2 . 4 文献标识码: B 文章编号: 1 6 7 2— 5 4 5 X ( 2 0 1 3) 0 7 - 0 2 4 1— 0 3

虚拟现实 ( V i r t u a l R e l a i t y: V R)技术利用计算机的仿真,即除了对三维空间和一维时间的仿真外,还生成一种模拟环境 (如各类机械设备、装备、操作现包含对自然交互方式的仿真。它具有以下两个重要场等 ),通过多种硬件设备使用户“投入”到该虚拟环特征[ 2 1: 境中,实现用户在该环境下与机械设备装备等直接 ( 1 )多感知性 ( Mu l t i— S e n s o r y ); 进行交互。虚拟现实技术的体系结构如图 1所示。 ( 2 )沉浸感( I m m e r s i o n ),其特点如图 2所示。

图1 虚拟现实系统组成结构

起重机在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械,属于物料搬运机械,其工作特点是做间歇性运动,即在一个工作循环中取料、运移、 卸载等动作的相应机构是交替工作的【 1 1。目前,桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处,起重机钢结构设计与制造课程学习的目 的就是熟悉其钢结构特点,并能够进行结构设计,但由于缺乏实际的起重机模型,教学过程中,仅仅凭空想象,很难达到教

和学的效果,因此,基于虚拟现实技术的起重机虚拟仿真模型在起重机钢结构设计与制造教学中的实践应用研究具有理论实用的意义。

图 2虚拟现实特点

1 . 2虚拟现实技术的关键技术

虚拟现实技术的关键技术包括:基本建模技术、 人机交互与虚拟现实仿真技术等。 ( 1 )基本建模技术基本建模技术是应用计算机技术生成起重机虚拟模型,它将真实的起重机在相应的三维虚拟世界中重构,主要包括以下几个部分: 是,几何建模:构件起重机的三维立体几何模型; 二是,运动建模:运动建模使对象在虚拟环境中遵循一定的运动和动力学规律; 1 虚拟现实技术的特点及其关键技术三是,物理建模:根据物理模型本身的自然规律来制作动画及场景,表现自然场景,如烟雾1 3]、火焰【 4】、 1 . 1虚拟现实技术的特点织物、植物等; 虚拟现实可以定义为对现实世界进行五维时空四是,对象行为建模:行为建模是描述和处理物 一

收稿日期: 2 0 1 3— 0 4— 0 9

基金项目:武汉科技大学教研项目(编号: 2 0 1 2 X 4 1 ); 2 0 1 1年湖北省博士后科技活动项目择优资助项目;武汉特种设备监督检验所横向科研项目( 2 0 1 2 4 2 0 1 1 2 0 0 0 1 9 1 ) 作者简介:余震( 1 9 7 3一),男,讲师,一直从事起重机钢结构设计与制造的教学及起重机检测及安全评估方面的研究工作。 2 41

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