秦彩寧

摘 要：本文將詳細(xì)介紹Unity 3D的主要構(gòu)成，并展示了新能能源汽車(chē)內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛擬仿真的設(shè)計(jì)框架，并通過(guò)建立三維模型、設(shè)計(jì)界面按鈕、展現(xiàn)三維視景及實(shí)際拆裝設(shè)計(jì)來(lái)顯現(xiàn)出拆裝虛擬仿真的功能與實(shí)踐性，促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)整體發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Unity 3D 新能源汽車(chē) 拆裝虛擬仿真

Virtual Simulation of Disassembly and Assembly of New Energy Vehicles based on Unity 3D

Qin Caining

Abstract：This article will introduce the main components of Unity 3D in detail and show the design framework of the virtual simulation of the internal engine disassembly and assembly of the new energy vehicle. Through the establishment of a three-dimensional model， design interface buttons， display of the three-dimensional scene and actual disassembly and assembly design， the function and practicality of virtual simulation of disassembly and assembly will be promoted， and in turn promote the overall development of the automotive industry.

Key words：Unity 3D， new energy vehicles， virtual simulation of disassembly and assembly

1 引言

在制造業(yè)與制造技術(shù)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展也邁向新軌道，新能源汽車(chē)的內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)在Unity 3D平臺(tái)虛擬仿真的影響下，展現(xiàn)出其內(nèi)部構(gòu)造與獨(dú)特功能，利用模擬開(kāi)展拆裝工作不僅有助于提升工作效率，還能降低拆裝成本。

2 Unity 3D的主要構(gòu)成

Unity 3D屬借助虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)的一種多平臺(tái)、綜合型工具，其內(nèi)部包含的內(nèi)容有實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)、可視化建筑及三維視景仿真等，也代表了專(zhuān)業(yè)性、全面性的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎。該引擎帶有諸多功能，比如，跨場(chǎng)景運(yùn)用Prefab設(shè)備、專(zhuān)業(yè)編輯多區(qū)域地形、采用高效率路徑、性能極強(qiáng)的燈光照明與形態(tài)各異的專(zhuān)業(yè)引擎等。運(yùn)用Unity 3D可借助物理引擎，其不但能給用戶(hù)帶來(lái)極大便利，還會(huì)將諸多現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景用虛擬技術(shù)展現(xiàn)出來(lái)，該類(lèi)場(chǎng)景的逼真性極強(qiáng)，其應(yīng)用在虛擬仿真系統(tǒng)中更易開(kāi)發(fā)出虛擬環(huán)境。

3 新能源汽車(chē)中拆裝虛擬仿真的設(shè)計(jì)框架

隨著汽車(chē)行業(yè)的逐漸發(fā)展，新能源汽車(chē)成為了該產(chǎn)業(yè)的主要代表，為了解其內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造，其虛擬拆裝系統(tǒng)運(yùn)用了Unity 3D技術(shù)，通過(guò)其與三維建模軟件的結(jié)合，看到了發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝過(guò)程，借助其虛擬演示掌握其多項(xiàng)訓(xùn)練功能。

具體來(lái)說(shuō)，Unity 3D平臺(tái)中的虛擬拆裝系統(tǒng)包含元數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)、Unity 3D服務(wù)、應(yīng)用層及表現(xiàn)層等。借用Unity 3D可處理多類(lèi)三維模型，利用該平臺(tái)可成立三維仿真系統(tǒng)，其有著高視覺(jué)效果、高質(zhì)量的特征。多類(lèi)腳本語(yǔ)言都可使用在Unity 3D平臺(tái)上，其最為重要的腳本語(yǔ)言為C#。

針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)與元數(shù)據(jù)模型，Unity 3D平臺(tái)中的設(shè)備可通過(guò)將文件集合的方式存儲(chǔ)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，并建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，在該平臺(tái)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)可主要分成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)與場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的元數(shù)據(jù)多為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件拆裝的實(shí)際順序;而場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的元數(shù)據(jù)主要有各類(lèi)聲音、材質(zhì)與3D建模等。對(duì)于Unity 3D服務(wù)來(lái)說(shuō)，其代表著系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行邏輯，主要囊括了動(dòng)作觸發(fā)、聲音控制、相機(jī)控制與模型整體的縮小放大移動(dòng)等。若想應(yīng)用該界面中的多項(xiàng)功能，用戶(hù)只需在其對(duì)應(yīng)的界面上按下按鈕即可。

在應(yīng)用層中，其能清晰地顯示出系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯，通過(guò)Unity 3D平臺(tái)可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行虛擬拆裝，在開(kāi)展此項(xiàng)工作的過(guò)程中操作數(shù)據(jù)信息會(huì)顯示在表現(xiàn)層，而表現(xiàn)層內(nèi)主要展現(xiàn)了模型特效、用戶(hù)聲音與用戶(hù)界面等。通過(guò)掌握Unity 3D平臺(tái)中虛擬仿真的設(shè)計(jì)框架，將有助于試驗(yàn)人員開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝虛擬仿真的研究[1]。

4 新能源汽車(chē)內(nèi)拆裝虛擬仿真的功能與實(shí)踐

4.1 建立三維模型

一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成含有諸多零件，如機(jī)架、機(jī)座、氣缸體、凸輪軸、氣缸蓋、氣缸套與活塞組件等，試驗(yàn)人員可使用分層建模法來(lái)展現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)可分成五層，如冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)與起動(dòng)系統(tǒng)等，在每一層都要將同一時(shí)間會(huì)拆裝的零件組合起來(lái)，以便于后期的制作與模型的美觀，例如，在拆裝螺釘?shù)倪^(guò)程中，可將蓋體相同的螺釘進(jìn)行拼接，在統(tǒng)一命名后應(yīng)立即保存。

4.2 設(shè)計(jì)界面按鈕

在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬拆裝系統(tǒng)的界面前，試驗(yàn)人員需開(kāi)展界面按鈕的設(shè)計(jì)工作，其具體的創(chuàng)建流程為其一，創(chuàng)設(shè)一個(gè)全新的腳本程序，將其命名為MainMmenu，并建立相應(yīng)函數(shù)，如OnGUI;其二，在全新的腳本內(nèi)加入myGUI變量;其三，在GUI函數(shù)中的下一行設(shè)置一個(gè)控制按鈕，即Button，把控制按鈕的實(shí)際解釋放到if語(yǔ)句內(nèi)，在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下該按鈕，而if語(yǔ)句要返回到上一行，if的代碼需被執(zhí)行;其四，運(yùn)用GUI.Font與GUI.Background兩個(gè)控制調(diào)整按鈕適時(shí)更換字體顏色與界面的初始背景，并借助按鈕退出該系統(tǒng)[2]。

4.3 實(shí)現(xiàn)三維視景

為更好的實(shí)現(xiàn)三維視景，試驗(yàn)人員借助Unity 3D平臺(tái)中的屬性窗口常設(shè)全新的Layer，并為其取一個(gè)對(duì)應(yīng)的程序名，如“enginedisplay”，而其對(duì)應(yīng)的屬性窗口也要更改為相同的程序名稱(chēng)，即“enginedisplay”。同時(shí)，試驗(yàn)人員還要再設(shè)立一個(gè)Camera，并將其內(nèi)部屬性中的Clear Flags更換我Depth only，再將Depth設(shè)定為相應(yīng)的數(shù)字1。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的Culling Mask可將其更改為“enginedisplay”，在Camera的主菜單中刪除“enginedisplay”，適時(shí)調(diào)整攝像機(jī)的內(nèi)部屬性，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部模型，則三維視景即可在UI界面中出現(xiàn)，為增強(qiáng)其舒適度，試驗(yàn)人員可適當(dāng)調(diào)整其大小與位置，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)造的顯示更為清晰，保證三維效果。

4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝設(shè)計(jì)

在進(jìn)行虛擬拆裝的過(guò)程中其應(yīng)依照產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度特性、形狀特性，運(yùn)用三維模型將產(chǎn)品的裝配過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，并利用用戶(hù)交互法來(lái)控制與模擬產(chǎn)品的裝配。新能源汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝大多運(yùn)用Unity 3D平臺(tái)，試驗(yàn)人員可將搭配好的拆裝順序?qū)霐?shù)據(jù)庫(kù)，并借助C#腳本嚴(yán)格控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部各項(xiàng)零件的運(yùn)動(dòng)，利用三維模型將真實(shí)拆裝過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)。

4.4.1 展現(xiàn)拆裝動(dòng)畫(huà)功能

在完成發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝設(shè)計(jì)后，試驗(yàn)人員可查看其內(nèi)部的動(dòng)畫(huà)功能，該功能主要借助Unity 3D平臺(tái)中的Tween功能，在該功能的帶動(dòng)下其包含多類(lèi)動(dòng)畫(huà)類(lèi)型，如大小、透明度、高度、寬度、位置與顏色等。利用Tween功能還可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)零件運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)人員要在腳本中設(shè)定其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的前后位置坐標(biāo)，繼而可將零件整體的運(yùn)動(dòng)軌跡展現(xiàn)出來(lái)。為使拆裝效果更加真實(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)零件的模擬運(yùn)動(dòng)中還需在其運(yùn)動(dòng)軌跡上設(shè)定重力加速度，在完成腳本的調(diào)整后其運(yùn)動(dòng)軌跡可呈現(xiàn)消失狀態(tài)，在該階段發(fā)動(dòng)機(jī)零件拆裝過(guò)程的動(dòng)畫(huà)也能借助該界面展現(xiàn)出來(lái)，在此過(guò)程中，試驗(yàn)人員應(yīng)不斷調(diào)整三維模型的內(nèi)部參數(shù)，從而使數(shù)據(jù)信息更為準(zhǔn)確，模擬效果更加真實(shí)。

4.4.2 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互

在控制人機(jī)交互的過(guò)程中，試驗(yàn)人員也需不斷控制發(fā)動(dòng)機(jī)零件的拆裝工作，借助UI界面內(nèi)的Button按鈕開(kāi)展控制工作，每一個(gè)按鈕都只能控制對(duì)應(yīng)的零件的分解與拆卸。同時(shí)，借助Unity 3D平臺(tái)中的OnClick函數(shù)能高效控制動(dòng)畫(huà)腳本的執(zhí)行力度，而拆裝系統(tǒng)的展示可利用觸屏顯示器，操作人員在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的控制與拆裝時(shí)可采用對(duì)應(yīng)的按鈕來(lái)完成[3]。

4.4.3 展示有序拆裝功能

為顯示拆裝功能的有序性，試驗(yàn)人員可將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各個(gè)零件名稱(chēng)納入U(xiǎn)nity 3D平臺(tái)中，一般來(lái)講，若想組成一套完整的、性能優(yōu)質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部零件的組成順序十分重要且關(guān)鍵，只有正確組合才能保證該發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。在拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零部件的過(guò)程中其不但步驟復(fù)雜、工序較多，還要保證順序的正確，因此，給操作人員帶來(lái)了極大的難度，但若能運(yùn)用三維動(dòng)畫(huà)模式將整套過(guò)程演繹出來(lái)，將極大縮減拆裝，也提升了拆裝工作的精準(zhǔn)度。在進(jìn)行試驗(yàn)前，試驗(yàn)人員需將正確的拆裝順序與各項(xiàng)零部件名稱(chēng)錄入三維模型中的數(shù)據(jù)庫(kù)，并適時(shí)導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D平臺(tái)，由于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)零件都會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中帶有獨(dú)特的ID，利用C#腳本編碼將其內(nèi)部數(shù)據(jù)處理成數(shù)組形式并及時(shí)讀取其發(fā)動(dòng)機(jī)零件的內(nèi)部ID，在將該模型進(jìn)行變色處理后，需立即點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕開(kāi)展零部件拆裝工作，而該模型顏色變化的順序也要與零部件拆裝順序相同。在進(jìn)行多次拆分試驗(yàn)后，其發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿的拆分順序?yàn)榍S、活塞組與連桿組，而針對(duì)活塞組，其正確的拆分順序?yàn)榭ōh(huán)、活塞、活塞銷(xiāo)、氣環(huán)與油環(huán);而襯套、螺栓、連桿與連桿軸瓦為連桿組正確的拆分順序，在完成相應(yīng)設(shè)置后，其拆裝動(dòng)畫(huà)可在顯示屏中展示出來(lái)，為使其拆分動(dòng)作與過(guò)程更加形象、逼真，試驗(yàn)人員可適當(dāng)變換顏色與大小，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝工作的整體效率。

4.4.4 虛擬仿真的特點(diǎn)

一方面，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行拆裝的過(guò)程中要及時(shí)固定場(chǎng)地，在開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)拆裝時(shí)大約要用到4-5名專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)的技術(shù)人員，在其協(xié)作完成的過(guò)程中會(huì)使用多類(lèi)機(jī)械工具，如扳手、起吊工具等，且每次拆卸完成一個(gè)零部件時(shí)都需要放到一個(gè)固定的地方，且由專(zhuān)人保管，若在管理過(guò)程中出現(xiàn)紕漏，極易影響發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，由于管理不便，此類(lèi)拆裝工作存有較大難度。仍運(yùn)用虛擬操作平臺(tái)則可有效提升工作效率，每臺(tái)計(jì)算機(jī)僅需1-2人操控即可，降低了場(chǎng)地占用與人員浪費(fèi)的概率，該工作的關(guān)鍵點(diǎn)在于熟練使用計(jì)算機(jī)內(nèi)部操作且掌握各零部件正確的安裝順序，因而管理人員要挑選技術(shù)能力極強(qiáng)的工作人員，以防止因發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝問(wèn)題而給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失。另一方面，在應(yīng)用Unity 3D平臺(tái)的過(guò)程中，由于該系統(tǒng)內(nèi)部帶有諸多開(kāi)發(fā)工具，如EON等，在進(jìn)行虛擬拆裝時(shí)其效果會(huì)更加逼真，利用聲音與圖象改變?nèi)藗兊闹庇^感，當(dāng)該系統(tǒng)的每項(xiàng)操作與實(shí)際拆裝相符時(shí)，工作人員在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)會(huì)更有把握，也會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，將Unity 3D平臺(tái)與虛擬仿真相結(jié)合，可有效促進(jìn)新能源汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝效果，也促進(jìn)該行業(yè)的整體發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著汽車(chē)行業(yè)的逐步發(fā)展，汽車(chē)整體性能的提升，其發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝工作也變得更為重要，試驗(yàn)人員將Unity 3D平臺(tái)與虛擬仿真技術(shù)有效結(jié)合，不但能使拆裝工作的步驟變得更為清晰，還可高效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)效率。

基金項(xiàng)目：項(xiàng)目來(lái)源：教育部科技發(fā)展中心產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新基金課題。項(xiàng)目名稱(chēng)：《基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）在新能源電動(dòng)汽車(chē)教學(xué)中的應(yīng)用研究》。編號(hào)：2018C01066，于2019年11月立項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁瑞晨，孫濤.基于虛擬駕駛的仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2019，32（06）：57+60.

[2]葛巖，馮婉婷，劉紅巖.基于Unity3d的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].黑龍江科學(xué)，2018，9（24）：30-31.

[3]徐志剛，胡常英.基于Unity3D的虛擬汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)漫游系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2019，29（05）：112-115.