基于Unity3D的底排火箭復(fù)合增程彈虛擬拆裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓君利

（遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng)，110045）

1 零件三維建模

底排火箭復(fù)合增程彈由引信、防潮墊、炸藥、彈丸殼體、火箭推進(jìn)劑、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、噴管、點(diǎn)火炬、底排藥劑、底排殼體、彈帶組成。其二維裝配圖如下圖1所示。根據(jù)底排火箭復(fù)合增程彈的裝配圖，使用ProE軟件對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行三維建模如2—6所示。

圖1 底排火箭復(fù)合增程彈CAD裝配圖

2 裝配過程動(dòng)畫制作

2.1 模型導(dǎo)入

在ProE軟件中繪制的零件模型，默認(rèn)的是“prt”格式，并不能在3ds Max中正常識(shí)別，需要我們轉(zhuǎn)換成能正常識(shí)別的“stl”格式的文件，然后進(jìn)行導(dǎo)入。打開3ds Max軟件，然后點(diǎn)擊“導(dǎo)入”，選擇要導(dǎo)入的文件，所有零部件導(dǎo)入后的效果如圖7所示。模型導(dǎo)入后通過移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)對(duì)零件的位置和方向進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到合適的位置。

圖2 火箭推進(jìn)劑

圖3 引信

圖4 防潮墊

圖5 彈體

圖6 炸藥

圖7 零件導(dǎo)入示意圖

2.2 動(dòng)畫制作

把導(dǎo)入的每個(gè)零件的位置擺放正確后，通過設(shè)置坐標(biāo)來確定零件的正確位置。然后設(shè)置關(guān)鍵幀，每移動(dòng)一次零件的位置，記錄一次關(guān)鍵幀，設(shè)置每一個(gè)動(dòng)作為50幀。最后通過每一次移動(dòng)零件位置，記錄下關(guān)鍵幀，最終完成底排火箭復(fù)合增程彈模型的裝配，形成一個(gè)完整的動(dòng)畫。

3 虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主界面實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的主界面主要是為用戶提供一個(gè)進(jìn)入其它場(chǎng)景的入口，是一個(gè)二維的場(chǎng)景，直接使用NGUI來搭建，完成后的效果如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)主界面

首先將設(shè)計(jì)界面所需的圖片準(zhǔn)備好，然后打包成NGUI的Atlas，這時(shí)就完成了將UI設(shè)計(jì)時(shí)的圖片元素集的生成，在進(jìn)行UI設(shè)計(jì)時(shí)就可以隨時(shí)到這個(gè)圖集中進(jìn)行調(diào)用。

其次，NGUI中默認(rèn)不顯示中文字體，所以需要進(jìn)行中文字體的制作。對(duì)于字體的制作，可從互聯(lián)網(wǎng)下載中文字體添加到字體目錄，這樣在進(jìn)行字體選擇時(shí)就可以選擇相應(yīng)的中文字體。NGUI提供了兩種字體方案，即動(dòng)態(tài)字體（Dynamic Font），和靜態(tài)字體（Normal Font）。本設(shè)計(jì)對(duì)于字體的顯示選擇靜態(tài)字體。這種方式需要提前預(yù)估需要用到的文字，然后使用BM Font軟件制作紋理，導(dǎo)入到NGUI生成字體預(yù)制才能使用[2]。

3.2 虛擬界面的實(shí)現(xiàn)

場(chǎng)景的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，好的場(chǎng)景能夠完美的顯示系統(tǒng)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。這樣在進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，使用者通過系統(tǒng)的既定功能，就可完成對(duì)所設(shè)計(jì)的底排火箭復(fù)合增程彈進(jìn)行操作訓(xùn)練。

將3ds Max中制作出的裝配動(dòng)畫以“FBX”的格式導(dǎo)出后，打開Unity3D的裝配場(chǎng)景，把動(dòng)畫文件首先拖進(jìn)到Project窗口中的Assets文件夾中，然后選中該文件后，就可以在Inspector視圖的Import Settings面板中，編輯該模型的導(dǎo)入設(shè)置。在Inspector視圖的Import Settings面板中，有一個(gè)Animations子面板，該面板的主要作用是可以對(duì)模型的動(dòng)畫片段進(jìn)行編輯[3]。導(dǎo)入后的模型動(dòng)畫是一個(gè)完整的裝配動(dòng)畫，根據(jù)需要，要把它拆分成若干個(gè)獨(dú)立的動(dòng)畫片段，每一個(gè)動(dòng)畫片段播放的是一個(gè)零件的裝配，拆分后的動(dòng)畫片段如圖9所示。

圖9 拆分后的動(dòng)畫片段

在交互過程中，場(chǎng)景中的對(duì)象要對(duì)鼠標(biāo)的單擊作出相應(yīng)的反應(yīng)，所以要對(duì)場(chǎng)景中的對(duì)象添加碰撞檢測(cè)，然后當(dāng)鼠標(biāo)接觸對(duì)象時(shí)通過相應(yīng)的程序代碼就可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景中對(duì)象的相應(yīng)動(dòng)作。在Unity3D中，做碰撞檢測(cè)有三種方法[4]。第一種是碰撞器，第二種是觸發(fā)器，最后一種是射線檢測(cè)。碰撞器是一群組件，它包含了很多種類，本設(shè)計(jì)采用碰撞器。

碰撞器設(shè)置之后，如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)片段的動(dòng)畫跳轉(zhuǎn)到另一片段動(dòng)畫，使用腳本控制它們可能是一個(gè)潛在的復(fù)雜工作。而Unity3D的Mecanim動(dòng)畫系統(tǒng)借用了計(jì)算機(jī)工程師熟知的一個(gè)概念，那就是狀態(tài)機(jī)來簡(jiǎn)單的控制和序列化動(dòng)畫[5]。而底排火箭復(fù)合增程彈的拆裝必須要按照正確的裝配順序進(jìn)行裝配，所以每一個(gè)片段的動(dòng)畫轉(zhuǎn)換到另一個(gè)片段的順序是唯一的，不能互換順序，所以在Animator[6]窗口中設(shè)計(jì)各個(gè)片段動(dòng)畫的關(guān)系如圖10所示。

圖10 裝配動(dòng)畫狀態(tài)機(jī)

在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先播放一段動(dòng)畫，這段動(dòng)畫是將一個(gè)裝配好的底排火箭復(fù)合增程彈進(jìn)行拆解，相當(dāng)于一段教程，培訓(xùn)者通過觀看底排火箭復(fù)合增程彈的拆解，就會(huì)了解到正確的裝配順序，從而快速而準(zhǔn)確地完成火箭復(fù)合增程彈的裝配。觀看完這段動(dòng)畫，就可進(jìn)行裝配操作，在操作過程中設(shè)計(jì)有操作考評(píng)系統(tǒng)，通過這個(gè)考評(píng)系統(tǒng)，可使操作者知道自己的裝配順序是否正確，最終順利完成裝配底排火箭復(fù)合增程彈的任務(wù)?？荚u(píng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是，滿分為100分，用戶點(diǎn)擊零件進(jìn)行裝配，如果用戶裝配順序錯(cuò)誤，每錯(cuò)誤一次，就會(huì)減去10分，當(dāng)總分低于60分時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出對(duì)話框提示你重新裝配，如圖11所示，這時(shí)就要重新播放底排火箭復(fù)合增程彈的拆解，然后才能開始裝配，這也就相當(dāng)于重新進(jìn)行系統(tǒng)操作。

圖11 提示重新裝配界面