| 标题 | 基于VR/AR的初教六飞机起落架模型的设计制作 |
| 范文 | 张雪峰 施浩 朱正 摘要：本课题提出了一种基于VR技术的起落架虚拟模型收放程序。首先对起落架进行数据测量，然后进行误差分析，再利用精密测量工具对起落架的主要数据进行测量，将重要数据进行细化处理后进行模型的创建。之后运用UNITY 3D软件技术导入模型，并通过代码编译对其进行程序编写，以此达到控制模型的目的。 关键词：虚拟建模;VR技术;UNITY 3D;代码编程;初教6起落架 中图分类号：TP393? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? 文章编号：1009-3044（2019）03-0264-02 1 引言 起落架是飞机上必不可少的一部分，在飞机的起飞与降落过程中起着保障安全的决定性作用。 目前国内外主要以创建整体VR飞机模型为主，而对于创建单体VR起落架模型这方面涉及较少，VR是虚拟现实（Virtual Reality）的简称。VR技术，也称人工环境，是指利用电脑或其他智能计算设备模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同完全浸入，产生身临其境的感觉[1]。VR技术最为成功的应用领域之一为教育行业，如VR虚拟课堂实操教学系统，虚拟火灾逃生系统[2]等。在人体结构的掌握以及外科手术的训练方面， 虚拟现实技术 （VR） 也可以发挥其独特的功效。除了医疗卫生行业外， 虚拟现实技术 （VR） 在军事领域中也受到了高度瞩目， 并逐渐将其应用于虚拟军事训练、设备模拟操作、飞机设备模拟维修等方面[3]。本文将VR虚拟技术与起落架模型相结合使其可以进行模拟起落架收放运动，并可进行一系列对起落架的操作从而达到虚拟教学的目的。 2 关键技术及实现方法 2.1 三维建模 飞机起落架作为飞机上及其重要的一部分起到了减速、承重以及转弯等重要作用。暴露在外的起落架会严重影响飞机的气动性能，阻碍了飞行速度的提高。因此飞机起落架在起飞后就会收回近机体，这[4]就要求起落架的收放系统具有精密的结构。初教六飞机起落架为三点式，前轮有减震器，整体通过液压系统操纵进行收放。为了保证飞机起落架模型的真实性，对起落架模型进行构建。对起落架的测量必不可免的会出现由于仪器结构上不够完善而造成的系统误差以及人为因素造成的偶然误差。为了解决起落架各部分装配过程中出现的误差问题，本文利用误差分析理论以及最常用的最小二乘法定位算法进行理论分析，给出定位误差范围;并利用误差分析对装配位置进行优化，能够提高定位精度。 2.2模型的渲染驱动 对已建好的三维模型，在虚拟场景中需要对其进行实时渲染，包括表面颜色、阴影和动态光照等，这就是模型的渲染驱动。模型的渲染驱动包括：场景模型驱动、模型调取和处理、分布? 交互等，其目的是实现虚拟场景的实时渲染构建，完成操作者与虚拟环境之间的实时交互操作响应。本系统采用3DMAX进行三维模型的创建，通过对初教六飞机起落架进行测绘，得到具体真实的数据，然后进行模型的创建，通过布尔、倒圆角等操作对模型进行细致加工，突出零件关键部位，添加材质使模型更接近于真实起落架。利用V-Ray软件和3DMAX软件多模型进行渲染，并且为了构造出具有较强真实感的虚拟作业场景，本系统采用天空盒和灯光。 2.3操作界面的建立 系统的操作界面通过创建操作台模型来实现。操作者通过手柄进行对操作台的控制，按下按钮，即可实现起落架的收放运动展示。 2.4实现模型与VR导入 通过unity3D软件来实现将模型导入VR。更改文件格式为fbx，将模型拖拽到unity3D软件当中，创建地面，布置灯光和天空盒，设置合适的摄像机来捕捉角度，进行跟踪定位。 2.5 VR场景的建立 本系统利用3DMAX创建真实的三维模型，为了减少因面数多而造成的运行迟缓，采用Polygon Cruncher软件来减少面数。利用unity3D软件，进行模型的导入以及真实场景的建立。在unity3D引擎内置的Standard Assets资源包的Prefabs项下，找到名为First Person Controller（第一人称控制器）的预制对象，将其加入场景当中就可实现第一人称的创建。为了不造成人物失重的现象，我们还要在场景中创建地面Terrain，创建Directional Light以完善第一人称视觉效果。对于起落架的控制，本系统采用代码编译的方法进行，部分代码如下： 3结论 在起落架不易拆装，学员难以实现拆装的条件下，提出初教六起落架模型的设计仿真系统。系统通过3DMAX等专业的三维软件创建各個实体模型，通过贴图渲染和文件转换实现模型的渲染驱动。通过unity3D软件将三维模型导入到VR设备中并结合 Visual C++语言开发出友好的人机交互操作界面，最终实完成仿真系统的设计开发。通过仿真实验，表明设计开发仿真系统实现了初教六起落架收放操作的模拟仿真，并且具有便于学员操作学习，仿真度高，能耗低和安全可靠等特点。并且在日常的起落架拆装过程中由于操作难度大，学员亲自动手操作机会较少，通过本系统可以增加学员的动手机会，避免了在拆装过程中发生危险，增强学员对起落架各部分零件的熟悉度。本系统还可应用于飞机维修的其他部分结构的模拟拆装，以在飞机起落架的维修学习中具有推广价值。 参考文献： [1] 毛澄洁.VR教学带来的机会与挑战[J].中小学信息技术教育，2016（11）：14. [2] 王昆博，陶志清，朱佳华，苏鑫昊，韩莹.VR火灾模拟逃生仿真系统[J].科学技术创新，2018（22）：64-65. [3] 沈臻懿.军事、医学领域的VR前瞻技术[J].检察风云，2017（18）：36-38. [4] 张利平，液压阀原理、使用与维护[M].北京：化学工业出版社，2009. [5] 王益群，高殿荣.液压工程师技术手册[M].北京：化学工业出版社，2013. [6] 臧传友.小鹰-500飞机起落架收放系统故障与排除方法[A].中国航空学会液压气动专业2005年学术讨论会论文集， 2005. [7] Afrooz Eshraghian，Maen M. Husein. Thermal cracking of Athabasca VR and bitumen and their maltene fraction in a closed reactor system[J]. Fuel，2016. [8] 馬泓琰.飞机起落架系统故障诊断仿真研究[D].西安;西北工业大学，2005. [9] 李瑰贤，于广滨，马良.基于模糊故障树直升机起落架液压系统的故障诊断方法研究[J].机 床 与 液 压，2007，（5）：214-216，219. [10] 于方圆，高永，程钊.起落架液压收放系统建模与故障仿真[J].液压与气动，2013（4）：45-48. [11] 王红玲，逯九利，田广来.基于 AMESim 的飞机防滑刹车系统数字仿真研究[J].机床与液压，2011，39（7）：117-120. [12] 张强，于辉，童明波.某型飞机起落架收放过程仿真[J].流体传动与控制，2009 （2）： 29-31. [13]屠毅，肖翔，李楠.大型飞机起落架收放控制系统仿真[J].北京航空航天大学学报，2013，（5）：595-599. [14] 王正盛，陈征.VRP10/3dsMax虚拟现实制作技能[M].北京;科学出版社，2010. [15] Yu-Cheng Lin，Yen-Pei Chen，Huey-Wen Yien，et al. Integrated BIM， game engine andVRtechnologies for healthcare design： A case study in cancer hospital[J]. Advanced Engineering Informatics，2018（36）. [16] 郦正能.飞行器结构学[M].北京;北京航空航天大学出版社，2010：337-381. 【通联编辑：唐一东】 |
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