基于Virtools的《机械制图》虚拟模型库的构建

更新时间:2024-01-20 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:31858 浏览:145144

摘 要:以往的机械制图模型库多为静态伪3d图片或者视频文件,它可取代模型,达到节约成本、方便使用的目的.但是却缺少互动性和学生的自主学习能力,为了提升教学效果,本文将研究利用3DMax建模,导入到Virtools中建立虚拟模型库.并对虚拟模型进行了各种交互控制,使虚拟现实技术在《机械制图》教学中得到应用.

关 键 词:Virtools虚拟现实机械制图模型库

1引言

机械制图课程的主要目的之一是培养学生的空间想象能力从而保证学生具有识读和绘制机械图样的能力.学习中要大量使用教学模型.而模型有价高、易损、不便携带、不能修改等缺点.为了解决这些实际问题,教师们一直在寻找更好的教学方式,随着计算机技术的发展,虚拟现实技术给我们提供了很好的平台.运用虚拟现实技术,创建虚拟模型库,实现用户与该虚拟环境直接进行“交互”.因为Virtools以其功能较全面、人机交互可视化强等优势得到了越来越广泛应用.我们使用该系统可以克服传统模型库的缺点.

2技术概况

2.1建模软件简介

3Dax是世界上使用较为广泛的3D动画软件,可以进行三维建模、动画编辑、渲染,并且广泛应用于游戏开发、角色动画、电影视觉效果和设计行业领域.该软件功能强大,可扩展性好,在角色动画方面具有很大优势,可使用丰富的插件,方便开发.它的几何建模方法主要有多边形(Polygon)建模、曲线建模(NURBS)、细分曲面技术建模(SubdivisionSurface).通常建立一个模型可以分别通过以上几种方法得到,但有优劣、繁简之分.

2.2Virtools简介

Virtools是由法国全球交互三维开发解决方案公司VIRTOOLS所开发,其三维引擎已被微软Xbox认可方便易用,应用领域广.

作为一种强大的三维开发工具,按照其功能的不同,Virtools模块组可分为开发模块、生成模块和发布模块.开发模块包括创作应用程序和软件开发工具包;生成模块包括行为引擎和渲染引擎;发布模块包括EXE文件生成器和Web,可以在单机上运行,Web可以建立基于C/S模式的网络虚拟环境.

3virtools虚拟模型库的设计与开发

3.1模型的建立及导入

三维建模是整个系统的第一步,为了给学生和使用者创建一个沉浸其中的环境,虚拟现实系统必须能根据需要逼真地显示出模型.不只是要求所显示的对象模型在外形上的准确,而且要求质感等方面都十分逼真.其中包括材质与纹理、光照效果、摄像机设置和动画制作等.


本文采用3Dax软件建立个章节模型.然后对其进行动画设置、材质贴图和渲染,再将模型导入到Virtools中之前,需要在3Dax中安装3dMaxExplorer.exe文件.通过该软件把3Dax中构建的模型以.nmo的格式输出..nmo文件是Virtools默认的用于存储角色和场景以及物体等信息的文件格式,其中包含了一个或者多个单元信息,也包括了将要在Virtools中使用的相关动画脚本.然后将对应的.nmo文件导入到Virtools中,然后利用Virtools软件和VC软件平台对系统进行渲染和驱动控制.

3.2 模型库在virtools中的建立

3.2.1 系统框架的构建

根据教学大纲和课程标准,来确定系统的功能,主要是对配套教材中的模型进行实时可控的演示,在整个系统中包括了章节模型、课堂练习、课后练习、系统设置、在线交流和退出等选项.例如选择第四章基本体中的圆台,用户界面将显示圆台的模型,用户用过鼠标和键盘控制圆台的旋转和移动,并且可以显示模型的三视图,实现二维和三维同步显示.在装配图中可以实现拆卸和安装的过程,同时也可通用户输入响应实现缩放旋转观察,“系统设置”主要实现修改.“在线交流”用于学员的在线进行提问.

3.2.2利用Virtools实现虚拟交互操作的实现

在完成模型的导人后,首先需要在VIRTOOLS环境下对模型进行调整,包括光线、材质、显示比例、坐标等模型属性,在模型库的交互仿真设计时,VirtoolsDev可以利用拖放的方式,将BuildingBlocks赋予在适当的对象上,以流程图的方式,决定行为交互模块的前后处理顺序,从而实现了可视化的交互脚本设计.在Virtools中内置的BuildingBlock达到600多个.这些BuildingBlock涵盖了网络控制,逻辑控制,运动控制,材质编辑,鼠标和键盘接口,界面设计等等多个方面的功能.只要对他们进行适当组合,就可以制作出功能强大的三维交互系统.例如变化大小、变换颜色、平移、旋转、虚拟动画控制等,并且还可以进行一些复杂的操作,对于模型的控制有两种方法,其一,直接调用行为模块库中的内置BBs模块,另一种,使用vc通过手工编写BBs.来实现具有深度沉浸感的三维虚拟场景.

最后,可以把完成的文件输出为*.vmo格式发布,也可以转化为*.网页进行网上交流.

5结论

虚拟三维模型库的建立,结合Virtools环境是进行交互式虚拟现实系统研发的有效方法,该方法在机械制图模型库中的应用取得了良好的效果.对激发学生学习兴趣起到巨大作用,必将推动机械制图教学方法的改革和机械制图模型库更新.