基于Virtools牙轮钻机可视化仿真系统开发

• 66 •重型机械2018 No.2基于Virtools牙轮钻机可视化仿真系统开发
李伟
(太原重工股份有限公司，山西太原030024)
摘要：为了直观逼真的演示牙轮钻机的装配及运动过程，以可视化仿真软件V h o o lsS基础，结合三维建模软件3D S M a x开发了可视化仿真平台。

首先利用三维建模软件U G建立牙轮钻机精确的
三维整机模型，并采用3D S M a x对牙轮钻机进行纹理和贴图处理；然后结合V n t o o b虚拟现实开发平
台，利用其Bmldmg Blocks脚本模块化和可视化流程图式脚本，设计实现了 K Y310牙轮钻机可视化仿
真系统的开发。

关键词：虚拟现实，Vutools,牙轮钻机
中图分类号：TG527 文献标识码：A文章编号：1001 -196X(2018)02 -0066 -03
Development of visual simulation system of rotary drill based on Virtools
LI Wei
(Taiyuan Heavy Industry Co. , Ltd. , Taiyuan 030024, China)
Abstract：In order t o demonstrate the assembly and motion of rotary d r i l l visually and realistically, a visualiza­
tion simulation platform was developed based on the visualization simulation software Virtools and the 3-dimen­
sional modeling software 3Ds Max. Firstly, the accurate 3D model of rotary d r i l l was established by using U G
(3-dimensional modeling software) , and bitmap and texture with texture t o model of rotary d r i l l by using 3Ds
Max. Afterwards, through the script modularization of Building Blocks and the visually flow chart script in the
Virtools, the visualization simulation system of rotary d r i l l KY310 was developed.
Keywords：virtual reality； Virtools； rotary d r i l l
〇前言
虚拟现实技术也称人工环境，是一项综合集 成技术。

利用计算机生成与现实环境真实逼真的 虚拟环境，用户可以在此环境中，基于声音、视 觉等效果，达到身临其境的效果。

Vntook是一 款非常优秀的、并大量应用于游戏领域的三维交 互软件。

它将3D的模型、2D图形、音效等虚拟 视景元素整合在一起。

Virtools的图形化编程语 言，只需拖动Building Block行为模块即可构建 优秀的三维交互系统。

收稿日期：2018 -01 -24;修订日期：2018 -02-28
基金项目：山西省高端重型装备智能制造重点科技创新平台资 助项目
作者简介：李伟（1987 -),男，太原重工股份有限公司工程师。

本论文是基于Virtods平台完成可视化仿真 平台的开发。

通过应用可视化仿真平台模拟牙轮 钻机的装配与工作过程，可实现在设计阶段对产 品的视觉效果和安装进行评估和预演，有效降低 设计和施工风险，减少安装过程中出现的错误，节省时间和人力；同时，可较真是的展现产品的 工作环境和工作过程，对于产品在投标报价、产 品展示及产品宣传方面，起到非常重要的作用。

1模型建立
在Virtools仿真平台中，模型构建过程主要 有三个部分：创建模型、导入模型与控制模型。

其中，导入模型时，应对所创建的三维模型进行 纹理贴图、灯光设置以及材质颜色设置等处理，使模型及环境更接近真实；而控制模型是通过
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Virtook自带的各种行为模块（BB模块）来实现，如移动、旋转、复制、碰撞检测等操作，从而实 现对模型的各种控制。

Virtook 5.0软件采用模块化的编程语言编 写交互控制程序，在需要交互控制的模型上建立 脚本（Script)，并在脚本流程图中添加所需的BB 模块进行连接，就可以实现模型的各种操作，如 平移、旋转等。

在牙轮钴机可视化平台开发时，首先，应用 专业三维建模软件NX，建立牙轮钴机三维模型，并将牙轮钴机的三维模型导人3D - MAX中，进 行纹理贴图、灯光设置以及材质颜色设置等，然 后将所有模型集成导人Virtook平台。

本文通过将Virtook中行为模块添加到具体 的牙轮钴机三维模型上，然后在脚本（Script)中编辑不同的参数，从而实现对牙轮钴机的运动控 制，构建一个逼真的可视化仿真平台。

2牙轮钻机可视化仿真平台开发牙轮钴机可视化仿真平台主要功能是实现牙 轮钴机的虚拟装配和虚拟运动仿真。

该平台主要 包括操作说明、功能介绍和虚拟演示模块。

其中 虚拟演示模块中包括虚拟装配与虚拟运动仿真功 能模块。

2.1虚拟装配仿真系统开发
牙轮钴机虚拟装配仿真系统主要是完成对牙 轮钴机各部件按照一定的顺序进行重组或者分解。

重点涉及到的是各部件阵列的建立、牙轮钴
机各部件初始坐标以及分解后坐标的获取、如何
进行恢复初始状态。

其流程图如图1所示。

丨获取对象初始坐标丨
”分解
|获取对象临时坐标|
装配
图1虚拟装配流程图
首先，使用Virtook的BB模块编程实现牙 轮钴机各部件的坐标变换。

在Virtook中建立 “牙轮钴机”阵列，存储牙轮钴机各部件的初始
坐标和分解坐标位置；然后，获取牙轮钴机各
部件的初始坐标位置并复制装配参考对象，通
过贝塞尔曲线函数将牙轮钴机各装配部件从分
解坐标位置渐进移动到初始坐标位置，并发送 消息。

实际零部件装配过程中，零部件的相对位置
是通过装配人员判断其是否到达实际安装位置。

同时，由于牙轮钴机的各部件是不能互相穿越
的。

所以，应该为牙轮钴机各部件添加碰撞检测
功能，这样，零部件就无法互相穿越。

因此，在 脚本设计中加人Collision行为模块，实现碰撞检 测功能。

其碰撞检测脚本如图2所示。

图2碰撞检测脚本
2.2虚拟运动仿真系统开发
牙轮钴机运动过程仿真是对牙轮钴机在实际 工作环境中的工作过程进行模拟仿真。

其工作过 程如图3所示。

■换杆过程
图3牙轮钻机运动过程
根据牙轮钴机的工作特点，其运动过程可分 为调平千斤顶运动、钴架运动和钴杆运动三部 分。

由图3可知，牙轮钴机到达工作位置时，通 过四个液压油缸的移动来模拟调平千斤顶的调平 运动，应用Virtools的碰撞检测功能，当调平千 斤顶与地面发生碰撞时，千斤顶停止运动，并向 运动仿真系统发送消息。

然后，钴架开始运动，
通过实时获取钴架绕回转中心点转动角度值，判
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断钴架是否到达工作位置，从而模拟钴架〇°到反馈信息，钴杆开始工作；当钴杆进行钴进运
工作位置的起升运动（其运行脚本如图4所示）；动，仿真系统检测到钴杆长度不够时，进行换杆
当钴架上升到工作位置时，运动仿真系统接收到动作。

3结论
本文利用N X、3D s M a x和Virtools交互技术
构建的可视化仿真平台，具有仿真程度高、交互
性能好、语言简单的优点。

同时，也存在一些不
足需要进一步加强，如实景仿真系统地形单一、
仿真模型逼真度（灯光、纹理、阴影等）尚需进
^'步完善。

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