【基于Virtools的虚拟装配实验室的设计——以计算机组装为例】 计算机组装与维护题库

　　摘要：虚拟装配是虚拟制作的关键技术之一，基于虚拟装配的虚拟实验室既可以满足一般学习、训练的需要，又可以节约实验经费。该文结合凯里学院《计算机检修》课程，利用Virtools软件设计了虚拟计算机装配实验室，供学生模拟训练。
　　关键词：虚拟装配；Virtools；虚拟装配实验室
　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)18-4522-03
　　虚拟装配[1]（Virtual Assembly，VA）是虚拟制造的关键技术之一，它是在一个计算机环境中，利用装配操作模型，通过零部件之间约束关系，将零部件准确的装配到所约束的位置上。从图形效果来说，虚拟装配的可视化可以实现一个具有交互性的三维虚拟场景的演示，用户及工程设计人员可以从任意方位观察、随意操纵、装配任何零部件。虚拟装配实验室[2]是采用虚拟装配技术设计的一个应用系统，用户可以通过此系统参与某个专题的研究、训练等。
　　虚拟装配实验室采用C/S或B/S结构（总体结构如图1）包括客户端和服务器端。客户端如果要想正确浏览Virtools文件必须安装Virtools Web Player播放器。该播放器支持IE浏览和直接浏览的方式，该文中选择直接浏览的方式。图1虚拟装配实验室架构
　　服务器端提供能够完成各种虚拟装配实验的后台支持，该数据库包括实验必须的各种仪器库、实验库。仪器库存储实验中需要的各种仪器，供不同实验调用，实现重复使用的效果。实验库对应于不同的组装实验模块，并提供虚拟实验室的扩展性。
　　基于虚拟装配的实验室应包含多类装配实验，每一类实验又是该类的一个子集。对于每个实验可以理解为一个具体的实验模块，只有用户选择某个试验后，虚拟实验室才自动调用相应的实验模块，并激活该模块。对于每个虚拟装配实验来说，其功能大致相同，都包含实验介绍，装配演示，虚拟装配功能、零部件上传。如图2所示：图2虚拟装配实验室模
　　该文采用Virtools 4.0提供的场景管理（Scene manager）把每个虚拟装配实验封装在相应的场景里（Scene）组成对应的实验模块。具体方法是：每个虚拟装配实验封装在每个场景里，通过场景信息【Message】进行信息控制，实验名称显示在管理界面上，并和实验模块一一对应，当点击相应的实验名称时激活实验场景。
　　虚拟装配实验室的建设涉及到模型的制作、用户界面、装配演示和手动装配、各模块间的交互、模型库的设计及后期的发布，该文以计算机组装为例，介绍虚拟装配实验室的设计过程。
　　图4装配演示/虚拟装配界面
　　制作完界面后，命名封装起来，等待后期交互设计使用。
　　3.3装配演示和手动装配
　　计算机虚拟装配实例的装配演示主要是完成计算机零部件的分解与重组。重点涉及到阵列的建立，计算机零部件初始坐标的获取，分解后坐标的获取，如何恢复初始状态及鼠标点选计算机零部件对象并拖动对象的制作。
　　1）装配演示
　　装配演示是在获取了计算机各零部件对象初始坐标和分解坐标的基础上，实现部件对象由初始位置渐进移动到分解位置，装配演示脚本如图5：图5装配演示脚本
　　2）手动装配
　　虚拟装配是按照装配演示的反顺序的方式进行。在虚拟现实中，基本的交互工具就是鼠标，通过鼠标选取选择计算机零部件，并且零部件可以跟随鼠标进行移动。手动装配脚本如图6：
　　图9虚拟装配的激活脚本3.5模型库的设计
　　由于装配实验室的模型较多，可以对其分类存储在一个数据库(该文以SQL Server2005为例)，通过Virtools Server服务器相连，对模型库进行管理，如添加、删除、更改等。3.6系统发布
　　计算机虚拟装配系统编辑完成后，就可以进行发布。Virtools 4.0[4]中有两种发布方式：可执行播放方式、网页播放方式。为了能正常播放，需要安装3D Life Player (For Virtools 4.0)播放器（此软件可以从Virtools官方网站下载）。
　　虚拟装配技术是虚拟现实技术和传统装配技术的有机结合，作为一门新兴的技术，在虚拟装配训练、学习方面具有独特的作用。合理的运用虚拟装配技术，必然会促进装配技术的发展。
　　[1]韦有双,杨湘龙,王飞,等.虚拟现实与系统仿真[M].北京:国防工业出版社,2004:1-4,190-194,210-211.
　　[2]廖婷.基于3D和EON的中学虚拟化学实验的研究与设计[D].南充:西华师范大学,2007:5-7.
　　[3]李自力.虚拟现实中基于图形与图像的混合建模技术[J].中国图像图形学报,2001,6(1):96-101.
　　[4] .cn/（Virtools中国官方网）