摘 要：本文介绍了虚拟现实基础，重点研究了基于虚拟现实的起重机械仿真实验平台的设计的有关问题，从实验的角度，阐述了具体的设计思路，并对文章的设计结果进行了总结。

关键词：虚拟现实；起重机械；仿真实验平台；设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.153

0 前言

随着城市化的进展，工程数量显著增加，起重机械的应用频率随之提高。起重机械的性能，在很大程度上决定着工程施工效率，且对工程成本等影响较大，对其性能进行评估十分重要。鉴于起重机械庞大的体积，实际展开性能评估难度较大，在应用虚拟现实技术的基础上，建立相应仿真实验平台，使性能评估，能够在网络上进行，对于评估效率以及准确度的提高，具有重要价值。

1 虚拟现实

虚拟现实技术，又称VR技术，是信息化时代下的产物，目前已经被应用到了各领域当中，并取得了显著成果[1]。虚拟现实技术所能够提供的服务较多，不仅具有计算机图形学功能，同时还能够支持系统仿真以及通信等的实现，人机交互水平高。通过对该技术的应用，用户能够与虚拟世界间的联系逐渐增强，用户甚至能够产生身临其境的感觉，体验效果极佳。

目前，虚拟现实基础主要应用到航空航天以及工程建模等领域。起重机械作为工作机械的一种，其设计以及性能评估，同样可以采用虚拟现实技术来实现，以该技术为基础，建立相应仿真实验平台，对于传统起重机械性能评估所面临的难度大的问题的解决，具有重要价值[2]。

2 基于虚拟现实的起重机械仿真实验平台的设计

2.1 实验准备

实验需做好如下准备[3]：（1）准备起重机械，作为实验平台的设计原型。在实际工程中，起重机械的类型包括很多种，为确保仿真实验平台具有更加广泛的适应性以及使用性，应选择应用范围较广的起重机械作为原型展开设计。考虑上述问题，将平头塔吊作为了平台设计原型。（2）建立平头塔吊三维模型：平头塔吊三维模型的建立，应同时考虑机械结构的运行原理，以及机械具体使用场景两方面问题，应确保模型能够与机械有关原理相符，同时，还需模拟工程施工的实际情况，完成三维建模过程。（3）虚拟现实软件的选择：选择unity 3D作为虚拟现实软件，采用Solidworks完成起重机械驾驶室的设计，将其导入到虚拟现实软件当中，做好实验准备。

2.2 三模模型与虚拟现实技术的结合

应将三维模型，导入到虚拟现实软件当中，具体方法如下[4]：（1）塔吊分解：将平头塔吊的各组成部分进行解构，提高塔吊的简化性水平。考虑塔吊各部分的功能，以及虚拟现实软件的要求，将塔吊分解成为了驾驶室、塔身以及载重等不同部分。（2）数据采集：分别采集塔吊不同部分的有关数据。数据采集可以通过对获取塔吊设计最初的CAD图纸的参考来实现。（3）数据整理与建模：整理出有效数据，展开建模。采用Solidworks软件，完成驾驶室的建模，同时，采用其他軟件，完成对塔身等部分的建模。（4）格式转换：采用3DS MAX软件，对三维模型的格式进行转换，使之成为虚拟现实软件所支持的格式，并将其导入到Unity3D当中。

2.3 作业场景设计

（1）驾驶室设计：设计驾驶室大体的结构框架。分别设计驾驶室内的物品，包括操作台等，设计时，应在保证设计成果的理论功能与其显示功能相符的情况下，尽可能的将设计简洁化。操作台功能较多，因此设计较为困难，应将其作为重点加以考虑。计算驾驶室内各个部门的长度宽度等参数，提高其精确度。设计驾驶室窗户。安装零件，驾驶室设计完成。（2）塔身与塔臂设计：可以采用Pro/E软件，对塔身与塔臂进行设计。在起重机械中，塔身与塔臂的结够相对复杂，采用Solidworks软件无法完成设计。Pro/E软件具有较强的适应性，能够确保复杂设计有效完成。需注意的是，Pro/E软件与虚拟现实软件的格式不匹配，设计完成的塔身与塔臂的模型，无法直接导入到虚拟现实软件中，因此需采用3DS MAX进行格式转换，使所建立好的模型，能够完整的导入到虚拟现实系统当中，避免失真等问题的发生。

2.4 仿真场景

（1）将模型导入到虚拟现实软件中，对起重机械的实际工作场景进行模拟以及布局。（2）采用JavaScript、C#，对虚拟现实软件的引擎脚本进行设计，确保软件的功能能够有效实现。

3 讨论与展望

采用虚拟现实软件设计起重机械仿真实验平台，设计效率高，仿真效果好，具有较高的应用价值。仿真实验平台的设计，能够代替实际实验，实现对起重机械性能的评估，能够有效节约实验成本，对起重机设计成本的降低，具有积极意义。需要注意的是，与仿真实验相比，真实作业过程中，起重机械所面临的风险必定较大，因此，仿真实验平台设计过程中，必须充分考虑到起重机械在实际工程中应用所需面临的风险，以最大程度提高仿真实验平台的建设水平。

在未来，应将以虚拟现实技术为基础的起重机械仿真实验平台，应用到机械性能评估过程中，在研究中，不断缩小误差，促使起重机械整体使用性能得到进一步的提升。

4 结论

基于虚拟现实的起重机械仿真实验平台的设计，能够有效解决传统实验中存在的执行难度大的问题，具有较高的应用价值，相关人员应加强重视，提高虚拟现实技术的应用水平，为起重机械性能的提升，以及工程施工的顺利开展提供保证。

参考文献：

[1]孙晖.基于IFIX组态技术的港口起重机械远程监控系统仿真实验平台[J].港口装卸，2015（06）：40-43.

[2]崔荣臻，秦华，冯欣欣，许鹏.基于虚拟现实的起重机械仿真实验平台的设计[J].价值工程，2016（13）：217-221.

[3]王秀萍，程文明，梁晓波，苏军朝.基于VR的起重运输机械培训仿真系统的研究[J].机械设计与制造，2015（07）：223-226.

[4]刘佳.三维虚拟仿真技术在机械结构教学培训中的应用[J].科技资讯，2013（29）：221-222.

作者简介：董川东（1990-），男，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向：机械工程、虚拟现实、仿真。