柴群 梁劍波

摘要：虛擬裝配是虛擬制作的關鍵技術之一，基于虛擬裝配的虛擬實驗室既可以滿足一般學習、訓練的需要，又可以節(jié)約實驗經(jīng)費。該文結合凱里學院《計算機檢修》課程，利用Virtools軟件設計了虛擬計算機裝配實驗室，供學生模擬訓練。

關鍵詞：虛擬裝配；Virtools；虛擬裝配實驗室

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)18-4522-03

虛擬裝配[1]（Virtual Assembly，VA）是虛擬制造的關鍵技術之一，它是在一個計算機環(huán)境中，利用裝配操作模型，通過零部件之間約束關系，將零部件準確的裝配到所約束的位置上。從圖形效果來說，虛擬裝配的可視化可以實現(xiàn)一個具有交互性的三維虛擬場景的演示，用戶及工程設計人員可以從任意方位觀察、隨意操縱、裝配任何零部件。虛擬裝配實驗室[2]是采用虛擬裝配技術設計的一個應用系統(tǒng)，用戶可以通過此系統(tǒng)參與某個專題的研究、訓練等。

虛擬裝配實驗室采用C/S或B/S結構（總體結構如圖1）包括客戶端和服務器端?？蛻舳巳绻胝_瀏覽Virtools文件必須安裝Virtools Web Player播放器。該播放器支持IE瀏覽和直接瀏覽的方式，該文中選擇直接瀏覽的方式。圖1虛擬裝配實驗室架構

服務器端提供能夠完成各種虛擬裝配實驗的后臺支持，該數(shù)據(jù)庫包括實驗必須的各種儀器庫、實驗庫。儀器庫存儲實驗中需要的各種儀器，供不同實驗調用，實現(xiàn)重復使用的效果。實驗庫對應于不同的組裝實驗模塊，并提供虛擬實驗室的擴展性。

基于虛擬裝配的實驗室應包含多類裝配實驗，每一類實驗又是該類的一個子集。對于每個實驗可以理解為一個具體的實驗模塊，只有用戶選擇某個試驗后，虛擬實驗室才自動調用相應的實驗模塊，并激活該模塊。對于每個虛擬裝配實驗來說，其功能大致相同，都包含實驗介紹，裝配演示，虛擬裝配功能、零部件上傳。如圖2所示：圖2虛擬裝配實驗室模

該文采用Virtools 4.0提供的場景管理（Scene manager）把每個虛擬裝配實驗封裝在相應的場景里（Scene）組成對應的實驗模塊。具體方法是：每個虛擬裝配實驗封裝在每個場景里，通過場景信息【Message】進行信息控制，實驗名稱顯示在管理界面上，并和實驗模塊一一對應，當點擊相應的實驗名稱時激活實驗場景。

虛擬裝配實驗室的建設涉及到模型的制作、用戶界面、裝配演示和手動裝配、各模塊間的交互、模型庫的設計及后期的發(fā)布，該文以計算機組裝為例，介紹虛擬裝配實驗室的設計過程。

圖4裝配演示/虛擬裝配界面

制作完界面后，命名封裝起來，等待后期交互設計使用。

3.3裝配演示和手動裝配

計算機虛擬裝配實例的裝配演示主要是完成計算機零部件的分解與重組。重點涉及到陣列的建立，計算機零部件初始坐標的獲取，分解后坐標的獲取，如何恢復初始狀態(tài)及鼠標點選計算機零部件對象并拖動對象的制作。

1）裝配演示

裝配演示是在獲取了計算機各零部件對象初始坐標和分解坐標的基礎上，實現(xiàn)部件對象由初始位置漸進移動到分解位置，裝配演示腳本如圖5：圖5裝配演示腳本

2）手動裝配

虛擬裝配是按照裝配演示的反順序的方式進行。在虛擬現(xiàn)實中，基本的交互工具就是鼠標，通過鼠標選取選擇計算機零部件，并且零部件可以跟隨鼠標進行移動。手動裝配腳本如圖6：

圖9虛擬裝配的激活腳本3.5模型庫的設計

由于裝配實驗室的模型較多，可以對其分類存儲在一個數(shù)據(jù)庫(該文以SQL Server2005為例)，通過Virtools Server服務器相連，對模型庫進行管理，如添加、刪除、更改等。3.6系統(tǒng)發(fā)布

計算機虛擬裝配系統(tǒng)編輯完成后，就可以進行發(fā)布。Virtools 4.0[4]中有兩種發(fā)布方式：可執(zhí)行播放方式、網(wǎng)頁播放方式。為了能正常播放，需要安裝3D Life Player (For Virtools 4.0)播放器（此軟件可以從Virtools官方網(wǎng)站下載）。

虛擬裝配技術是虛擬現(xiàn)實技術和傳統(tǒng)裝配技術的有機結合，作為一門新興的技術，在虛擬裝配訓練、學習方面具有獨特的作用。合理的運用虛擬裝配技術，必然會促進裝配技術的發(fā)展。

[1]韋有雙,楊湘龍,王飛,等.虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004:1-4,190-194,210-211.

[2]廖婷.基于3D和EON的中學虛擬化學實驗的研究與設計[D].南充:西華師范大學,2007:5-7.

[3]李自力.虛擬現(xiàn)實中基于圖形與圖像的混合建模技術[J].中國圖像圖形學報,2001,6(1):96-101.

[4] http://www.virtools.com.cn/（Virtools中國官方網(wǎng)）