虚拟现实数控机床教学培训系统

Iloy

虚拟现实数控机床培训系统应用于数控培训，是数控培训技术发展的一个飞跃，它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。
利用虚拟数控机床培训系统建立起来的各种虚拟机床拆装实训平台等其“设备”与“部件”多是虚拟的，并可根据需要随时生成新的设备。且教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。从多方面证明了虚拟操作拥有传统实验室难以比拟的优势。

虚拟数控机床培训系统采用C++、PHP、Javascript等主流语言程序开发，最后全部通过打包加密后再利用编译程序进行系统优化，这样大大加快了系统整体运行速度。在建模方面系统采取的是市场主流的 ISA 为建模工具，其支持的数据库为：大型的关系型数据库，如：SQL Server, Oracel，MySQL等。本系统在运行过程中学员操作的3D动画的动作是通过TCP/IP 协议发送给服务器端程序的，而该系统中的 TCP/IP 协议采取的是UDP 用户数据包模式，这样就保证了数据不会轻易的丢失与延迟。

方案核心：
本套虚拟现实数控机床培训系统的3D模型数据量小，运行速度快，并且采用基于网络的虚拟现实智能动画技术，能实现虚拟数控机床智能互动拆装及虚拟实验操作。系统采用3D智能动画技术能够智能判断用户在3D场景中的任何操作，并做出实时智能反应。

方案特色：
1、身临其境的真实体验感
建立机床模型，可以通过计算机模拟出各个角度看到的机床视觉效果。动态的机床部件组装过程(包括组装过程中需要的工具)，每个需要的画面上用提示性的文字向客户展示，让学员能很好地了解机床的构造、安装。利用VR技术设计的逼真的三维虚拟环境，使学生置身于几虚拟的3D学习环境当中，体验真机实训不可能观察到的各部件结构及重要部件独立的工作原理。
2、交互性
系统充分利用VR技术的互动性，设计了符合人们自然交互习惯的互动操作模式。系统还包含用于共享信息的人机交互界面，激发学生的学习兴趣，提高学生的动手操作能力。
3、多人在线学习，突破区域界限
系统支持多人同时在线学习，学员可不受时间、地点限制的随时上机操作学习，与传统实体操作机床相比，既节约了培训时间，提高了学习效率，又降低了对设备的耗损。
系统集成：
在虚拟现实数控机床培训系统开发的前期，需要采用3D扫描仪（三维扫描器）对机床、各种工具、产品部件建立数字模型，之后利用虚拟现实软件开发平台对所建立的数字模型进行加工，并设计出可实现交互功能的软件平台，最后结合各种3D交互设备及三维立体显示环境，搭建出具备沉浸感、交互性的虚拟现实数控机床培训系统。在此我们对系统开发中的主要部分即3D建模、虚拟现实软件开发平台、3D交互设备、三维立体显示环境进行简单介绍。
一、3D建模
3D建模通俗来讲就是利用三维制作软硬件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型，3D扫描仪的诞生为3D建模带来新的方法和手段。
1、3D扫描仪
3D扫描仪(3D scanner) 是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状（几何构造）与外观数据（如颜色、表面反照率等性质）。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用。
推荐产品：Polhemus FastScan 双摄像头3D激光扫描仪、NDI VicraSCAN 3D激光扫描仪、Creaform Handyscan VIUscan 彩色3D激光扫描仪、3D CaMega PCP-300手持式三维扫描器。
2、3D建模软件
3D建模通俗来讲就是通过三维制作软件通过虚拟三维空间构建出具有三维数据的模型。3D建模大概可分为:NURBS和多边形网格。 NURBS对要求精细、弹性与复杂的模型有较好的应用，适合量化生产用途 。多边形网格建模是靠拉面方式，适合做效果图与复杂场景动画.综合说来各有长处。
推荐产品：Geomagic FreeForm Modeling Plus、3ds max、maya。
二、虚拟现实软件平台
通过虚拟现实软件平台，整套虚拟现实数控机床培训系统的各个硬件才可以发挥其独有功能，保证了系统的正常运行，虚拟现实软件平台是通过虚拟现实软件开发平台设计的，其中的各种功能可根据自己的需求自行设计、添加。
推荐产品：Virtools™ 5.0--3D 可视化编程开发平台、unity3d PRO 虚拟现实、跨平台应用程序开发引擎、TechViz Virtual Workbench。
三、3D交互设备
采用3D交互设备，可以实现操作人员与虚拟环境实时交互，可以对虚拟环境中的各种物体进行各种设定好的操作，常用的3D交互设备有位置追踪器、数据手套、力反馈设备、3D鼠标等。下面分别介绍。
1、位置追踪器
位置追踪器又称位置跟踪器，是指作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转。
推荐品牌：Polhemus 电磁式无线追踪系统、Xsens惯性位置追踪器、Ascension电磁式位置追踪器。
2、数据手套
数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器。
推荐品牌：CyberGlove数据手套、DGTech数据数据手套、5DT数据手套。
3、力反馈设备
所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术

推荐品牌：HAPTION力反馈设备、Sensable力反馈设备。

4、3D鼠标

3D鼠标具备多自由度的传感器，多个导航设置键等可实现对虚拟立体空间内的虚拟物体的操作。
推荐产品：3D Connexion SpaceMouse 专业版、3Dconnexion SpacePilot PRO、3Dconnexion 探索者 SpaceExplorer serial、3Dconnexion SpacePilot宇航者、3Dconnexion 魔幻手 SpaceNavigator
四、三维立体显示环境
三维立体显示环境有多通道立体显示系统、桌面型立体显示系统、头戴式立体显示系统三种类型，不同类型使用于不同领域，用户可根据实际需求自行选择，下面分别介绍。
1、多通道立体显示系统
多通道立体显示系统是指采用多组被动式或主动式立体投影机，结合边缘融合技术，将影像投射在大型环形、弧形、平板型投影幕或者CAVE上，提供大尺寸、高清晰度极具冲击力的沉浸式立体显示环境。
推荐：多通道环幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系统
2、桌面型立体显示系统
桌面型立体显示系统即3D立体显示器，3D立体显示领域包含多种实现方式，比如：全息技术、投影技术、眼镜式技术以及无需眼镜立体显示技术（裸眼立体显示技术）等。
推荐品牌：Exceptional3D裸眼立体显示器、Visumotion裸眼立体显示器、Alioscopy裸眼立体显示器；Miracube偏振立体显示器、Vrlogic偏振立体显示器。
3、头戴式立体显示系统
头戴式立体显示系统（又叫数字头盔、数据头盔、立体头盔等）是虚拟现实应用中的3DVR图形显示与观察设备
应用领域：
适用于高校、数控机床研究所、数控机床生产厂家、数控机床培训等。