机械装备虚拟现实设计及实例分析 课件 第1章 整体概述

第一章整体概述战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造目录CONTENTS1.1机械装备虚拟现实设计概述1.1.1虚拟现实技术简介1.1.2机械装备虚拟设计的基本概念1.1.3机械装备虚拟现实设计的应用1.2常用虚拟现实开发工具1.3

Unity3d开发基础知识1.4典型机械装备虚拟现实设计对象第1章整体概述1.1.1虚拟现实技术简介战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3教育医疗工业达摩克利斯之剑综合性技术虚拟世界实时交互第1章整体概述1.1.1虚拟现实技术简介战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4“3I特征”第1章整体概述1.1.1虚拟现实技术简介战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5虚拟现实桌面式虚拟现实分布式虚拟现实增强式虚拟现实沉浸式虚拟现实第1章整体概述1.1.2机械装备虚拟设计的基本概念战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6提供多媒体、交互式的三维设计环境沉浸性简便性实时性多信息通道多交互手段第1章整体概述1.1.3机械装备虚拟现实设计的应用战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6空客公司RHEA实验室西门子ProcessSimulate虚拟现实应用第1章整体概述1.1.3机械装备虚拟现实设计的应用战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6徐工集团基于MapleSim的高空作业平台开发郑煤机虚拟仿真技术平台第1章整体概述1.1.3机械装备虚拟现实设计的应用战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6虚拟现实技术在机械装备设计中的应用不断拓展，无论是在国内外，虚拟设计都为产品的研发、制造、装配和维护等环节带来了显著的效率提升。通过虚拟现实，设计团队可以在虚拟环境中模拟和优化各个设计阶段的细节，提升产品的质量，同时降低成本和风险。目录CONTENTS1.1机械装备虚拟现实设计概述1.2常用虚拟现实开发工具1.2.1常用虚拟现实开发工具及特点1.2.2Unity3d与UnrealEngine的对比与选择1.3

Unity3d开发基础知识1.4典型机械装备虚拟现实设计对象第1章整体概述1.2常用虚拟现实开发工具战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3工欲善其事必先利其器工具选择是虚拟现实开发的关键第1章整体概述1.2.1常用虚拟现实开发工具及特点战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4Unity3dBlenderCRYENGINEUnrealEngineA-FrameMaya建模与动画的专业之选细分场景工具高端图形渲染之王灵活高效的跨平台引擎游戏引擎Web框架建模工具第1章整体概述1.2.1常用虚拟现实开发工具及特点战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5光线追踪Lumen全局光照可视化脚本ChaosPhysicsUnrealEngine界面视觉盛宴：超凡的图形渲染能力高效开发：蓝图可视化编程跨平台兼容：一键部署，多元发布社区支持与资源丰富实时协作与版本控制前沿技术的集成与支持ControlRig第1章整体概述1.2.1常用虚拟现实开发工具及特点战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6图形渲染跨平台支持功能PhysX物理引擎Timeline动画工具Unity3d界面强大的图形渲染能力多平台支持和强大的跨平台兼容性强大的物理引擎丰富的动画工具提供了VR开发优化工具XRInteractionToolkit第1章整体概述1.2.1常用虚拟现实开发工具及特点战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造7粒子特效曲面建模Eevee和Cycles流体模拟Python脚本Arnold渲染器运动捕捉Python和MEL脚本动画建模工具强大内置渲染引擎物理模拟特效功能支持脚本编写骨骼绑定第1章整体概述1.2.1常用虚拟现实开发工具及特点战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8简单易用HTML和JavaScriptAPI有助于快速上手组件丰富生态系统完善，满足多样化应用场景跨平台桌面、移动和VR头显都能顺畅运行灵活开发适用于培训展示、远程协作等多种场景视觉逼真高质量材质系统呈现超真实画面实时编辑基于Sandbox编辑器实时编辑预览交互真实流体模拟和物理交互营造真实虚拟环境高效兼容具备跨平台兼容性和性能优化工具第1章整体概述1.2.2Unity3d与UnrealEngine的对比与选择战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9Unity3d跨平台支持和开发成本编程语言和开发工具VR和AR生态系统资源和社区支持3D建模和动画制作UnrealEngineUnity3d具有更好的跨平台支持，可轻松部署开发应用至多种平台;Unity3d的开发成本更低，学习曲线更为平缓Unity3d使用C#作为主要的编程语言，易学易用；UE使用C++作为主要的编程语言，具有更高的学习曲线和复杂性。Unity3d对VR和AR的生态系统支持更加全面；UnrealEngine的VR和AR支持也很强大，但生态系统不够成熟。Unity3d开发者社区更庞大、资源库丰富;UnrealEngine的社区规模较小，可用的资源和插件相对较少，开发存在挑战。Unity3d建模较弱，但对机械设备能够满足需求，且可以创建高质量的动画效果;UnrealEngine的建模工具更强大。目录CONTENTS1.1机械装备虚拟现实设计概述1.2常用虚拟现实开发工具1.3

Unity3d开发基础知识1.3.1Unity3d主界面1.3.2游戏对象与组件1.3.3场景与资源管理1.3.4脚本编辑1.3.5图形与效果1.4典型机械装备虚拟现实设计对象第1章整体概述1.3Unity3d开发基础知识战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3跨平台支持良好编程语言易学易用资源和社区支持丰富VRAR第1章整体概述1.3.1Unity3d主界面战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4场景面板属性面板层次面板项目面板第1章整体概述1.3.1Unity3d主界面战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5可通过右上角的“Layout”选项更改Unity3d主界面的布局第1章整体概述1.3.2游戏对象与组件战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6GameObject(游戏对象)Light(光源)Camera(相机)Effects(效果)UI(用户界面)3DObject(3D对象)平行光源点光源放射光源区域光源粒子系统拖尾线条Canvas(画布),Image(图片),Text(文本),Button(按钮)等立方体球体胶囊体外部模型第1章整体概述1.3.2游戏对象与组件战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造7(1)Transform

(变换)所有游戏对象都有一个Transform组件，它包括位置、旋转和缩放信息。通过变换，可以控制3D对象在三维空间中的位置、方向和大小第1章整体概述1.3.2游戏对象与组件战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8(2)Renderer

(渲染器)用于处理游戏对象的可视化，包括模型、材质和光照用于处理游戏对象之间的碰撞检测，影响物体之间的物理交互(3)Collider

(碰撞器)第1章整体概述1.3.2游戏对象与组件战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9(4)Rigidbody

(刚体)添加刚体组件可以使游戏对象收到物理引擎的影响，例如受到重力的作用第1章整体概述1.3.2游戏对象与组件战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10(5)Scripts

(脚本)通过脚本可以添加自定义的逻辑和行为，脚本通常使用C#语言编写第1章整体概述1.3.3场景与资源管理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造11(1)场景场景是Unity3d中组织内容的基本单位，包含各种元素，如游戏对象、相机、光照等，如左图所示场景中的元素与层次面板中的物体一一对应，可以在层次面板中进行管理，如右图所示。相机光源游戏物体第1章整体概述1.3.3场景与资源管理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造12(2)资源资源是Unity3d中用于构建场景的各种元素，如模型、材质、纹理、音频、动画等。资源可以通过Unity3d中的资源管理器导入到项目中。模型材质纹理第1章整体概述1.3.4脚本编辑战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造13(1)选择脚本语言C#JavaScriptBooUnity3d支持多种脚本语言，包括C#、JavaScript、Boo等。其中，C#是官方推荐的语言，也是最常用的选择(2)创建脚本第1章整体概述1.3.4脚本编辑战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造14(3)编辑脚本将编辑器设置为VisualStudio跳转到VisualStudio中进行编辑第1章整体概述1.3.4脚本编辑战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造15(4)编写代码在VisualStudio中编写脚本代码挂载脚本后的实际运行效果第1章整体概述1.3.5图形与效果战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造15(1)渲染引擎(2)材质和着色器(3)光照和阴影(4)粒子系统(5)后期处理目录CONTENTS1.1机械装备虚拟现实设计概述1.2常用虚拟现实开发工具1.3

Unity3d开发基础知识1.4典型机械装备虚拟现实设计对象1.4.1煤矿综采装备的典型性1.4.2综采三机的结构与功能第1章整体概述1.4典型机械装备虚拟现实设计对象战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3农业机械建筑机械工业机器人交通运输第1章整体概述1.4.1煤矿综采装备的典型性战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4煤矿综采装备，是指在煤矿开采过程中使用的成套自动化机械设备系统。其核心装备群为由滚筒采煤机、液压支架、刮板输送机构成的“综采三机”第1章整体概述1.4.1煤矿综采装备的典型性战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4液压支架具有四连杆机构，能够实现直线运动、旋转运动等多种运动形式之间的转换，同时也和能够传递和转换力量，在多个领域具有典型性。直线运动传递和转换能量连杆机构旋转运动第1章整体概述1.4.1煤矿综采装备的典型性战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4采煤机结构中涉及的链传动、减速箱、油缸等在机械装备中均十分常见，也能够在一定程度上代表具有类似结构的机械装备。第1章整体概述1.4.1煤矿综采装备的典型性战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4浮动推移机构，具有类似机械臂的复杂结构，能够简化为图中展示的工业机器人模型。工业机器人模型的广泛应用对于研究对于其他机械装备具有很强的借鉴价值。第1章整体概述1.4.2综采三机的机构与功能战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4综采三机并不是各自独立运行的，它们之间存在着一定的耦合运行关系。第1章整体概述1、液压支架战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4液压支架主要由执行元件、承载结构件、推移装置、控制系统和其他辅助装置组成。液压支架的动作通过液压系统将机械能转化为液压能，再通过执行元件将液压能转化为机械能。第1章整体概述2、滚筒采煤机战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4采煤机主要由电动机、牵引部、截割部、和附属装置组成。此外，采煤机内的调高油缸还可使摇臂连同滚筒升降，调节采煤机的采高。第1章