电脑针织横机教学【VRT在针织横机教学中的应用】

　　摘要：结合针织横机的结构、工作原理以及针织实验教学实践，提出利用VRT技术开发虚拟针织横机，并就主要部件之一的机头的运动作了讨论。本研究为纺织专业教学增添了新的手段，为纺织学生与从业人员提供了直观、生动、逼真的学习环境，这对调动学生的学习兴趣，培养和训练学生的操作技能，提高纺织专业的教学质量都将起到积极的作用。
　　关键词：虚拟现实；针织横机；3dMax；Virtools
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）08-0019-03
　　虚拟现实技术是一种能模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术，是一门涉及多种学科和技术的交叉技术[1]。利用该技术可以使人处于用计算机生成的环境中，通过感官语言、手势可以在其中用自然的方式进行“交互、对话”，并自由的运动，随意观察周围的事物，观到物，听到声，感到力，使人具有完全身临其境之感。由于虚拟现实VR技术是由多种学科和先进技术集成而成的，具有非常丰富的内涵和显著的特征，吸引了各领域的科学家和工程技术人员投入到这一领域进行研究。归纳起来，虚拟现实（VR）技术主要具有如下一些特点[2]：沉浸性、交互性、构想性[3]。为此，研究与开发纺织设备与工艺的计算机虚拟现实技术，实现在计算机上进行虚拟纺织生产是今后及相当长的一段时间内的重要科研课题。本课题研究与开发针织横编机计算机虚拟现实技术中的各机构的构成及其运动，各三角的调节及织针相对运动轨迹的变化。使横机教学变得生动有趣，让学生更能直观、形象、主动参与横机的学习过程，提高教学效果，也为进一步研发各针织设备与工艺的虚拟现实技术打下了基础。
　　一、虚拟针织横机开发的内容
　　1.虚拟针织横机模型的建立。采用3dMax软件建立针织横机模型，横机模型的机头部分如图1所示，图2为三角渲染后的效果。
　　2.虚拟针织横机模型的导出。将3dMax中制作的模型导入到Virtools中，导出“整体效果.NMO”和“半个机头.NMO”两个文件，分别作为整体效果的展示和互动时便于细致地观察三角调节状态。
　　3.Virtools中进行交互设计。如图3所示，在工具面板中，点选 （选择）按钮，再到3D Layout视窗中横机主对象中点选具体部件，点击针床，在选中状态下，点击鼠标右键，选择Material Setup（03-Dafault），打开前针床的材质设置面板（03-Dafault是在3ds Max中针床材质赋予的第三个材质球）。在打开的 （材质设置）面板中，通过调节 （环境颜色）、
　　（漫反射颜色）、 （自发光颜色）设置部件颜色和自发光程度。如需要贴图，选择
　　在下拉菜单中选择已导入的图片。
　　4.虚拟针织横机机头的往复运动。针织横机机头的往复运动使织针在机头的作用下上升和下降，是针织横机织物编织的重要过程，故机头的往复运动是虚拟针织横机不可缺少的互动环节，下面介绍用键盘A、D键实现机头往复运动方法。机头的往复运动是跨在针床上的马鞍形机头上的所有部件的同时运动，而Virtools的大多数行为模组只能作用在一个3D Entity上，要想实现机头上所有部件的同时运动，就要设置模型的层级关系。点击 （资源）按钮，在展开菜单中选择
　　（层级管理器），此时数据资源库窗口就会出现 的标签按钮，展开
　　标签下的 可以看到所有的模型列表，此时结合键盘上Ctrl和Shift键同时选中机头上的所有部件（包括导纱器上的部件，模拟导纱器连同机头同时运动的过程）。选中状态下鼠标左键点击拖拉至机头上再松开，此时选中的部件都变成了机头的子对象。为了准确迅速找到所有机头上的部件，可在3dMax中模型导出前将这些所有部件设置成组。设定完成之后，在
　　视窗中展开 ，将所有物体选中再点击
　　按钮，设置所有物体的初始状态。
　　5.后期交互制作及效果。加载界面及交互菜单，可以充分体现作品的交互功能，也可提高作品的视觉效果。主、次界面图片通过创建二维帧实现，操作菜单由交互按钮构成。后期的交互制作内容主要包括：信息发送与接收、说明框图的显示、主界面与次界面的互换、“整体效果”脚本的开启与关闭、“三角调节”脚本的开启与关闭、“织针相对运动”的开启与关闭。通过点击创建面板上的 （创建二维帧）按钮，即可在3D Layout视窗中出现一个新的二维帧，通过点击 （创建材质）按钮创建新的材质。界面制作过程主要是把界面图片作为新材质的纹理，再把新材质赋予二维帧，其他界面及按钮的制作注意参数的选择，大致相同。
　　二、项目设计效果阐述
　　交互设计完成之后的效果参见网页[4]。点击播放按钮，显示的主界面如图4所示，当鼠标滑过或点击按钮时，按钮颜色发生变化。点击“操作说明”按钮，将显示操作说明框，点击下面的三个按则分别进入相应的此界面，操作者可实现虚拟针织横机操作的互动环节。点击主界面的“整体效果”按钮进入整体展示的交互界面，鼠标右键和滚轮控制观察角度和视图大小，使用键盘A、D键控制机头的往复运动，点击“返回”按钮，回到主界面。点击主界面的“三角调节”按钮进入三角调节的交互界面，鼠标右键和滚轮控制观察角度和视图大小，左键点击三角相应的调节部件，实现改变三角的工作状态，点击“返回”按钮，回到主界面。点击主界面的“织针相对运动”按钮进入织针相对运动交互界面，织针的相对运动交互设计是通过点击相应按钮完成，鼠标点击左侧的“成圈”、“集圈”、“浮线”三个按钮分别能够实现织针的对应的三种相对运动状态，点击“返回”按钮，回到主界面。由Deactivate Script模块实现鼠标点击或拖动三角调节装置的互动操作在此不可激活，当鼠标点击按钮，相应的三角会自动调整到相应状态，然后显示织针的相对走针运动。
　　上述对虚拟针织横机的操作中，横机机头的往复运动，“成圈”、“集圈”、“浮线”三个按钮的点击而形成的相关虚拟部件与机件的运动，包括编织三角的升与降、进与出，织针平移、挺起与压下等运行轨迹，已较准确地反映了真实横机在织物编织过程中人工操作的实际情形，且形象更为清晰与直观。
　　三、结论与展望
　　计算机虚拟现实技术已成为当前计算机应用的崭新方向，在很多领域开展研究并获得一定的效果。本课题借助计算机虚拟现实技术，以针织横机为对象，采用3dMax和Virtools二个软件对设备机件进行建模并在Virtools软件中作3D即时互动开发，部分实现了针织横机虚拟化及人机交互虚拟操作功能。其中包括成圈部件的运动及其操控、成圈机件的调节及其操控等。课题制作的虚拟横机演示表明，本设计作品已可部分替代实体横机来实现设备的运作与控制，且操控效果较好。本研究成果为纺织专业教学的实践性教学环节增添了新的手段，是虚拟纺织的一次较好的尝试。这一尝试必将对纺织专业教学的教学水平与教学质量的提升起到促进作用。同时也为进一步研发各针织设备与工艺的虚拟现实技术打下良好的基础。
　　参考文献：
　　[1]付长亮.虚拟现实技术简介[J].信息与电脑，2009，（11）：60-61.
　　[2]李海成.计算机虚拟现实技术解析及其在高校教学中的应用探究[J].Computer Education技术应用，2009：124-126.
　　[3]T.S.Mujber，T.Szecsi，M.S.J.Hashmi.Virtual reality applications in manufacturing process simulation[J].Journal of Materials Processing Technology，2004：1834-1838.
　　[4]http：//jw.jiangnan.edu.cn/pptszy/2008/hjgc/demo/fangfu/list21.asp？id=4，2011，8.
　　基金项目：教改基金（JGB2011147）
　　作者简介：江红霞（1974-），女，江苏人，博士，研究方向为服装工程学。