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摘要：针对舰艇柴油机气缸盖组件虚拟维修实验平台的设计实现方法进行论述。分析了使用SolidWorks进行几何建模的过程，并研究了基于Virtools实现交互式设计的方法。研究结论更好地适应新形势下装备拆装训练的要求。
关键词：Virtools；虚拟维修；舰艇柴油机
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2015）17022402
0引言
随着海军转型，远洋部署和作战运用特点决定了其有相当长的时间是远离基地的，更加依赖伴随保障、舰上的原位修理、战场抢修，这就对舰员的维修水平和技能提出了更高的要求。
从装备训练的角度上看，对维修人员的训练结合实装进行，存在如下缺陷：（1）结合实装维修训练，其数量和训练场地受限，受训人员的数量和时间难以保证，训练效率低下；（2）某些装备功能结构复杂，造价高昂，难以提供在实践上作维修训练使用，造成维修训练工作无法进行，从而影响战备完好性和战斗力的快速形成；（3）结合实装训练，局限性很大，例如某些故障无法模拟导致所见故障现象和所能体会的维修操作有限，大多还只能从书本上进行抽象理解；不具备虚拟维修训练系统的“回放”和“暂停”功能，不便于精确的指出和回顾训练中存在的问题；（4）结合实装训练，会造成油料等的消耗、装备磨损，误操作甚至可能造成装备损坏、人员受伤，因此成本高且具有一定的危险性。舰艇柴油机是整个舰艇的心脏，提高舰艇柴油机维修保障能力尤为重要。针对以上问题，开展舰艇柴油机中气缸盖组件虚拟维修实验平台研究工作。
1系统结构设计
本文采用Virtools软件实现虚拟维修实验平台的设计。然而Virtools本身不能构建三维模型，要借助其他建模软件来建立三维模型。目前最常用的三维建模软件有SolidWorks、UG、Pro/E、Catia等，本文采用Solidworks实现三维模型的建立。SolidWorks功能强大、易学易用，它不仅能描述零件的轮廓线与表面，还能描述其体积。三维模型建立完成后，导入Virtools中，实现虚拟维修实验平台设计。
2气缸盖组件实体建模
气缸盖组件包括：气缸盖、排气门、气门座阀、气门导管和气门弹簧等。它与活塞和气缸套三者构成柴油机燃烧室的空间，是舰艇柴油机的重要组成部件之一。三维实体模型是虚拟维修实验平台的基础，模型的质量将会直接影响到平台的效果和逼真度。虛拟维修实验平台设计的第一步就是对各零部件进行建模。SolidWorks是基于特征的参数化建模软件，通过拉伸、旋转、抽壳、陈列、切除等直观操作就可实现三维模型的建立。在SolidWorks建模的过程中主要是先确定几个基本的面，再通过特征工具栏的拉伸、切除、旋转切除、倒角、圆角、等特征工具把面绘制为三维实体。通过以上方法对气缸盖组件各零部件进行建模，将建立好的零件模型导入到装配体文件中，在Solidworks软件中进行装配，通过同轴心、相切、重合等命令，确定好各个零件之间的相对位置关系，并将所有零件之间的相对位置关系，并将所有零件组合完整的装配体。总装配图如图1所示。
图1气缸盖组件装配体
3气缸盖组件虚拟维修实验平台的实现
Virtools制作具有沉浸感的虚拟环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉，是一种新发展的、具有新含义的一种人机交互系统。三维模型建立完成后将其导入Virtools中。必须将模型转换为Virtools可读取的文件类型，Virtools目前支持的文件格式类型有：.3ds、.3dxml、.asc、.dae、.wrl、.nmo。Virtools实现行为交互的基础是BB模块，Virtools通过提供超过600个的内置BB并支持脚本语言VSL和SDK使得开发流程缩短，难度降低，能够在短时间内开发出相当规模的3D交互系统。
界面及菜单制作。主界面及菜单：气缸盖组件虚拟装配实例开始运行后，首先展现出来的就是主界面及操作菜单。主界面图片通过创建新的二维帧来实现，操作菜单是由交互按钮构成。
后期交互制作。前面制作的二维帧平面按钮是用来发送信息的，当所对应的脚本接收到信息后，就会执行相应的流程。
通过信息的发送与接收，从而由信息的切换来开启不同的脚本流程，实现了主次界面的转换、激活与接触装配演示、激活与接触虚拟装配。后期交互的脚本如图2所示。
图2后期交互脚本框图
整合发布。在进行虚拟装配编辑后，便可进行发布。一般Virtools中的基本发布方式有两种，分别是可执行播放方式和网页播放方式。本文只发布可执行播放方式。气缸盖组件虚拟维修实验平台如图3所示。
图3缸盖组件虚拟维修实验平台
4结束语
随着3D技术的飞速发展，今后的实验教学平台势必向着交互式、智能化方向发展。Virtools提供的丰富功能为今后交互式实验教学平台的扩展和应用提供了延续性。本文采用SolidWorks进行三维建模，快速、精确机械建模，再在Virtools环境中进行交互设计的设计思路，充分发挥了SolidWorks与Virtools的各自长处，提高了开发效率和产品质量，可广泛应用于舰船机电装备虚拟维修技术的开发与设计。
参考文献
[1]胡亮，王兰美，宋宏鹏，等.SolidWorks、3DSMax结合Virtools实现虚拟现实应用研究[J].山东理工大学学报（自然科学版），2010，24，（3）：103106.
[2]李发光，杨璋南.内燃动力装置维修与管理实验实作[M].武汉：海军工程大学出版，2002，（12）.
[3]徐英欣，王丹东.三维游戏设计师宝典[M].重庆：电脑报电子音像出版社，2009，（08）.
[4]左田田.基于Virtools平台的教学软件的设计与应用[J].软件产业与工程，2012，16，（4）：4043.
关键词：Virtools；虚拟维修；舰艇柴油机
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2015）17022402
0引言
随着海军转型，远洋部署和作战运用特点决定了其有相当长的时间是远离基地的，更加依赖伴随保障、舰上的原位修理、战场抢修，这就对舰员的维修水平和技能提出了更高的要求。
从装备训练的角度上看，对维修人员的训练结合实装进行，存在如下缺陷：（1）结合实装维修训练，其数量和训练场地受限，受训人员的数量和时间难以保证，训练效率低下；（2）某些装备功能结构复杂，造价高昂，难以提供在实践上作维修训练使用，造成维修训练工作无法进行，从而影响战备完好性和战斗力的快速形成；（3）结合实装训练，局限性很大，例如某些故障无法模拟导致所见故障现象和所能体会的维修操作有限，大多还只能从书本上进行抽象理解；不具备虚拟维修训练系统的“回放”和“暂停”功能，不便于精确的指出和回顾训练中存在的问题；（4）结合实装训练，会造成油料等的消耗、装备磨损，误操作甚至可能造成装备损坏、人员受伤，因此成本高且具有一定的危险性。舰艇柴油机是整个舰艇的心脏，提高舰艇柴油机维修保障能力尤为重要。针对以上问题，开展舰艇柴油机中气缸盖组件虚拟维修实验平台研究工作。
1系统结构设计
本文采用Virtools软件实现虚拟维修实验平台的设计。然而Virtools本身不能构建三维模型，要借助其他建模软件来建立三维模型。目前最常用的三维建模软件有SolidWorks、UG、Pro/E、Catia等，本文采用Solidworks实现三维模型的建立。SolidWorks功能强大、易学易用，它不仅能描述零件的轮廓线与表面，还能描述其体积。三维模型建立完成后，导入Virtools中，实现虚拟维修实验平台设计。
2气缸盖组件实体建模
气缸盖组件包括：气缸盖、排气门、气门座阀、气门导管和气门弹簧等。它与活塞和气缸套三者构成柴油机燃烧室的空间，是舰艇柴油机的重要组成部件之一。三维实体模型是虚拟维修实验平台的基础，模型的质量将会直接影响到平台的效果和逼真度。虛拟维修实验平台设计的第一步就是对各零部件进行建模。SolidWorks是基于特征的参数化建模软件，通过拉伸、旋转、抽壳、陈列、切除等直观操作就可实现三维模型的建立。在SolidWorks建模的过程中主要是先确定几个基本的面，再通过特征工具栏的拉伸、切除、旋转切除、倒角、圆角、等特征工具把面绘制为三维实体。通过以上方法对气缸盖组件各零部件进行建模，将建立好的零件模型导入到装配体文件中，在Solidworks软件中进行装配，通过同轴心、相切、重合等命令，确定好各个零件之间的相对位置关系，并将所有零件之间的相对位置关系，并将所有零件组合完整的装配体。总装配图如图1所示。
图1气缸盖组件装配体
3气缸盖组件虚拟维修实验平台的实现
Virtools制作具有沉浸感的虚拟环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉，是一种新发展的、具有新含义的一种人机交互系统。三维模型建立完成后将其导入Virtools中。必须将模型转换为Virtools可读取的文件类型，Virtools目前支持的文件格式类型有：.3ds、.3dxml、.asc、.dae、.wrl、.nmo。Virtools实现行为交互的基础是BB模块，Virtools通过提供超过600个的内置BB并支持脚本语言VSL和SDK使得开发流程缩短，难度降低，能够在短时间内开发出相当规模的3D交互系统。
界面及菜单制作。主界面及菜单：气缸盖组件虚拟装配实例开始运行后，首先展现出来的就是主界面及操作菜单。主界面图片通过创建新的二维帧来实现，操作菜单是由交互按钮构成。
后期交互制作。前面制作的二维帧平面按钮是用来发送信息的，当所对应的脚本接收到信息后，就会执行相应的流程。
通过信息的发送与接收，从而由信息的切换来开启不同的脚本流程，实现了主次界面的转换、激活与接触装配演示、激活与接触虚拟装配。后期交互的脚本如图2所示。
图2后期交互脚本框图
整合发布。在进行虚拟装配编辑后，便可进行发布。一般Virtools中的基本发布方式有两种，分别是可执行播放方式和网页播放方式。本文只发布可执行播放方式。气缸盖组件虚拟维修实验平台如图3所示。
图3缸盖组件虚拟维修实验平台
4结束语
随着3D技术的飞速发展，今后的实验教学平台势必向着交互式、智能化方向发展。Virtools提供的丰富功能为今后交互式实验教学平台的扩展和应用提供了延续性。本文采用SolidWorks进行三维建模，快速、精确机械建模，再在Virtools环境中进行交互设计的设计思路，充分发挥了SolidWorks与Virtools的各自长处，提高了开发效率和产品质量，可广泛应用于舰船机电装备虚拟维修技术的开发与设计。
参考文献
[1]胡亮，王兰美，宋宏鹏，等.SolidWorks、3DSMax结合Virtools实现虚拟现实应用研究[J].山东理工大学学报（自然科学版），2010，24，（3）：103106.
[2]李发光，杨璋南.内燃动力装置维修与管理实验实作[M].武汉：海军工程大学出版，2002，（12）.
[3]徐英欣，王丹东.三维游戏设计师宝典[M].重庆：电脑报电子音像出版社，2009，（08）.
[4]左田田.基于Virtools平台的教学软件的设计与应用[J].软件产业与工程，2012，16，（4）：4043.