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基于Unity3D的虚拟仿真在《电机学》教学中的应用
刘羽楠;高飞
【摘 要】针对电机学中基本元件的工作原理学习等需求，应用Unity3D引擎，实现了对常见电机、变压器的结构、拆装和工作原理进行展示。进一步通过与HTML的交互，实现网络化，交互性强，动态展示效果好。 【期刊名称】《黑龙江科技信息》 【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】1页(P59-59)
【关键词】虚拟仿真;Unity3D;电机学 【作 者】刘羽楠;高飞
【作者单位】黑龙江八一农垦大学 信息技术学院，黑龙江 大庆163319;黑龙江八一农垦大学 信息技术学院，黑龙江 大庆163319 【正文语种】中 文
《电机学》是电气工程及其自动化专业的一门技术基础课，其相近课程《电机与拖动基础》是自动化专业的一门技术基础课。但是“电机学”课程的理论抽象，早期王秀和等［1］为解决学习中存在的问题，激发学习的兴趣和热情，建立了以现场实习、实验室内的电机拆装、电机结构录像、三维结构模型相结合的实习形式，取得了良好的教学效果。
随着计算机辅助设计技术和网络三维技术的发展，虚拟现实技术通过生成比较真实的模拟环境，在沉浸感、交互性和实时性方面优势明显。
Web3D即网络三维技术，是一种在网页中实现虚拟现实的最新技术，它支持通过浏览器实现跨平台的高品质在线三维交互体验［2］。Web3D技术需要对展示对象进行三维建模，并基于真实三维模型获取具有纵深效果的立体图像，可用于客观存在实物的三维展示［3］。典型Web3D技术主要有VRML、Java3D、Cult3D、Virtools和Unity3D等。其中，Unity3D可使低端硬件也能流畅地运行漫游展示、虚拟仿真、交互式动画等，并能够创造出高质量3D仿真系统和真实视觉效果。它能够与HTML、Flash等进行良好的交互，并支持C#、JavaScript等多种脚本语言。文献［4］中陈洪等基于Unity3D设计并实现了一个交互式虚拟农业仿真系统。本文针对电机学中基本元件的工作原理学习等需求，应用Unity3D引擎，实现了对常见电机的结构、拆装和工作原理进行展示。进一步通过与HTML的交互进行在线展示，交互性强，动态展示效果好。 1.1 三维仿真建模
1.1.1 Pro/E零件建模及装配 a.电动机数据采集。
b.选取零部件的基本截面，进行基本特征草绘，然后利用拉伸、阵列等操作添加附加特征完成零部件整体制作。 c.利用Pro/E完成电动机模型的装配。 1.1.2 3DS Max渲染
Pro/E也拥有渲染功能，但效果一般。因此采用3DS Max对模型进行贴图渲染，同时配合使用Photoshop对材质贴图进行处理，提升渲染效果。电动机内部的绕组等零部件具有不规则特性，使用Pro/E进行建模时很难获得逼真的效果。对于这部分不规则零部件，可以在3DS Max中进行真实感建模。 1.1.3 虚拟场景设计
将3DS Max处理后的电动机三维模型导出为.FBX格式文件，在导出时需要选择
材质和动画同时导出。将导出的.FBX格式文件放到Unity3D的资源文件夹Assets中，Unity3D将自动导入对应的三维模型及相应的贴图和动画文件。然后在Unity3D操作界面下，将电动机三维模型由Assets窗口拖动到Hierarchy窗口中，即在虚拟场景中添加了电动机模型。同时需要对电动机三维模型进行缩放、移动、旋转、显示隐藏等相关属性的设置。
为了进行可视化虚拟仿真展示，必须在场景中添加主摄像机和灯光等其他虚拟环境的必备元素，并进行相关属性的设置。如果要进行虚拟场景的漫游，还需要添加第一人称控制器，并做相应设置。 1.2 展示平台效果
在展示平台中，鼠标单击三相鼠笼式异步电动机前的单选按钮，将该电动机模型载入虚拟场景；然后通过鼠标拖动可实现模型的旋转、通过滚轮滚动可实现模型的缩放；通过取消选中零部件前的复选按钮，可以在虚拟场景中实现相应零部件的隐藏。交互式展示效果如图1所示。
通过该平台在教学中的使用，学生普遍反映动态展示效果好、逼真度高，对学习电动机结构和工作原理有很大的帮助。
【相关文献】
［1］王秀和等.加强电机结构认识实习环节提高电机学教学质量［J］.电气电子教学学报，2006，28（6）.
［2］冯开平，潘光洋.基于Web3D的灯饰协同设计定制系统［J］.图学学报，2012，33（3）：56-60.
［3］任镤，王文剑，白雪飞.基于虚拟现实技术的山西大学堂建筑复原［J］.计算机仿真，2012，29（11）：20-23+46.
［4］陈洪，马钦，朱德海.基于unity3d的交互式虚拟农业仿真平台研究［J］.农机化研究，2012，24（3）：184-186.
本文来源：https://www.wddqxz.cn/32c70a34b62acfc789eb172ded630b1c59ee9b64.html
2022-12-10
