談新能源汽車變速器學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計

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摘要：為了輔助新能源汽車變速器的教與學(xué)，提高汽車專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)用UG及3dsMAX工具，構(gòu)建了新能源汽車變速器虛擬模型資源，然后利用該模型資源，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，基于Unity3D平臺，設(shè)計了一款新能源汽車變速器的虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了用戶操作、結(jié)構(gòu)展示和虛擬實訓(xùn)拆裝等功能，是一種輔助實訓(xùn)教學(xué)的有效學(xué)習(xí)資源。

關(guān)鍵詞：虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)；新能源汽車；變速器

1引言

近幾年來，VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）在醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、環(huán)境、機械、計算機、建筑、汽車等多個領(lǐng)域得到了快速應(yīng)用，解決了一些教學(xué)、研究及實驗訓(xùn)練等方面的問題?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)，王健君等[1]，黃鋒等[2]，張濤等[3]，國大亮等[4]將其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實驗與教學(xué)；朱宗奎[5]對地質(zhì)專業(yè)教學(xué)進行了探析；姜萍等[6]將其應(yīng)用于發(fā)電實驗教學(xué)；魏娜等[7]對水利水電專業(yè)教學(xué)進行了探析；王龍庭等[8]將其應(yīng)用于工程機械實驗教學(xué)；李洪亮等[9]將其用于云計算技術(shù)實驗教學(xué)；孫育英等[10]將其應(yīng)用于建筑環(huán)境與能源專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)。鑒于虛擬現(xiàn)實技術(shù)與新能源汽車教學(xué)方面的研究較少，且新能源汽車實訓(xùn)教學(xué)中存在的一些問題，本文以新能源汽車變速器為研究對象，設(shè)計了新能源汽車變速器虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

2系統(tǒng)構(gòu)建

在新能源汽車學(xué)習(xí)過程中，新能源汽車變速器的學(xué)習(xí)和實訓(xùn)是非常重要的教學(xué)內(nèi)容。實際上，學(xué)生將抽象的汽車零部件理論知識轉(zhuǎn)換到實際的操作，存在著一定困難。且由于受汽車零部件資源、實訓(xùn)工具、實訓(xùn)場地、教學(xué)經(jīng)費、教學(xué)課時等各方面的限制，難以保障每個學(xué)生有足夠的空間和時間進行實訓(xùn)。因此，使用者通過該學(xué)習(xí)系統(tǒng)要能獲得一定理論知識且能進行虛擬實訓(xùn)。該系統(tǒng)具有：（1）仿真性。與實訓(xùn)教室相似的環(huán)境和仿真的新能源汽車零部件模型，較高的模型仿真程度可增強實用者的沉浸感，提高使用者的學(xué)習(xí)效果；（2）可視化。使用者能夠多角度、多位置觀察，對新能源汽車變速器整體結(jié)構(gòu)外觀及其所有零部件結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生直觀的認(rèn)識；（3）交互性。學(xué)習(xí)能力不同的使用者可自行調(diào)整學(xué)習(xí)進度，且有較全面的提示功能，尤其是在進行錯誤操作時應(yīng)給予提示；（4）重復(fù)性。使用者可反復(fù)進行學(xué)習(xí)；（5）引導(dǎo)性。有良好的教學(xué)引導(dǎo)流程，能調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣及積極性，順利的完成學(xué)習(xí)及虛擬實訓(xùn)；（6）沉浸式體驗性。有比較美觀的場景、音樂以及流暢的操作體驗，讓使用者在操作學(xué)習(xí)系統(tǒng)時心情暢快、集中精神，不產(chǎn)生煩躁情緒。該新能源汽車變速器虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)，是在汽車設(shè)計及汽車?yán)碚摰幕A(chǔ)上，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)、計算機多媒體技術(shù)，以直觀性、體驗性、沉浸性及透徹性的方式展示新能源汽車變速器，同時進行虛擬實訓(xùn)學(xué)習(xí)。它更加貼合以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，系統(tǒng)以“引導(dǎo)者”的身份幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，具有更好的實訓(xùn)教學(xué)效果。系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計如圖1所示：

3虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)實現(xiàn)與展示

本文設(shè)計的虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以新能源汽車兩檔變速器的設(shè)計過程為依據(jù)，構(gòu)件模型資源，構(gòu)建出新能源汽車虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

3.1仿真模型資源構(gòu)建

UG又稱NX，具有強大的功能板塊可以幫助用戶完成一些復(fù)雜的操作，不僅可以進行三維設(shè)計及模具設(shè)計等，還可以對復(fù)雜曲面及復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行編程[11]。而3dsMAX最顯著的特點是可堆疊的建模步驟、各種3D制作軟件的適配兼容性、強大的渲染功能等，使模型的仿真效果更好，推廣應(yīng)用更方便。因此本文選擇了UG和3dsMAX軟件作為模型資源構(gòu)建的工具，根據(jù)變速器設(shè)計數(shù)據(jù)構(gòu)建了實訓(xùn)室仿真環(huán)境模型和變速器零部件仿真模型。

3.2學(xué)習(xí)系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展及新能源汽車變速器的特點，本文選擇Unity3D平臺作為該學(xué)習(xí)系統(tǒng)開發(fā)的引擎。Unity3D平臺是一款集3D視覺游戲、模型可視化、實時人機交互等功能的大型游戲開發(fā)工具，是一個能夠適配其他軟件的綜合而專業(yè)的引擎。將實訓(xùn)室仿真環(huán)境模型和變速器零部件仿真模型轉(zhuǎn)換為FBX格式，作為資源導(dǎo)入Unity3D平臺，其中碰撞檢測是實現(xiàn)系統(tǒng)交互的關(guān)鍵，給零件添加網(wǎng)格碰撞器，防止對象互相穿透，給所有的障礙物添加靜態(tài)碰撞器。拆裝實訓(xùn)模塊通過使用三個關(guān)鍵腳本實現(xiàn)，分別是控制模型移動、模型裝配信標(biāo)及模型吸附動作，信標(biāo)腳本即當(dāng)模型移動到足夠近時，會觸發(fā)裝配命令，信標(biāo)的位置即裝配位置。根據(jù)虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，對變速器零部件展示模塊、拆裝實訓(xùn)模塊、背景音樂模塊等功能進行設(shè)計，并編寫合適的腳本，同時通過腳本控制對象產(chǎn)生碰撞檢測和交互，進行打包及。圖2為該新能源汽車變速器虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程圖。

4結(jié)論

本文設(shè)計了一款新能源汽車變速器虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可滿足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，實現(xiàn)了用戶操作、結(jié)構(gòu)展示和虛擬實訓(xùn)拆裝等功能，具有仿真性、交互性、體驗性等特點，同時提高了學(xué)生學(xué)習(xí)汽車變速器的興趣，是一種輔助實訓(xùn)教學(xué)的有效學(xué)習(xí)資源。

作者：蔣歡 陳麗 劉朝暉 馮丙寅 單位：邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院