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1、 基于ActionScript技术的马自达6发动机虚拟仿真拆装实训系统的开发研究Mazda 6 L5 engine study of virtual assembly system based on ActionScript作 者 姓 名 ：孙科 学 号 ：44100217专 业 ：汽车运用工程所 在 学 院 ：吉林大学交通学院指导教师姓名：李文军摘要 随着计算机仿真技术的不断发展和完善，开发仿真教学软件进行职业教育和职业培训，辅助教学硬件，不仅能够大幅降低培训鉴定成本，更能达到良好教学效果。本论文结合当今先进的计算机虚拟仿真技术，以 flash交互技术为基础搭建了一套发动机虚拟实训装配系统，
2、学员可以在计算机上模拟汽车拆卸和装配的相关操作。 本文以虚拟装配技术理论为基础，以马自达6搭配的L5发动机为研究对象，进行了发动机零件虚拟建模、建立零件库和发动机虚拟仿真装配等一系列的研究活动。基于发动机虚拟仿真装配通过建立数字化装配模型代替传统设计中的物理样机，这有利于对发动机结构和装配过程进行分析并进行合理优化。设计人员通过虚拟仿真装配系统可以优化装配流程，提高实际装配效率。关键词：发动机，虚拟装配，flash交互，模拟仿真第一章 绪论1.1 虚拟现实技术及虚拟实训在现代仿真领域中, 一个新兴的有强大生命力的分支学科虚拟现实技术正在引起研究人员的热情关注虚拟现实技术，又称作灵境技术或人工环
3、境。以计算机为媒介，模拟产生一个能够使用户沉浸在其中的三维虚拟世界，在这个虚拟环境中使用者可以体验视觉、听觉、触觉和力学等感官感受，还可以无限制地观察、操作空间内的物体。虚拟仿真系统实际上是一种在一定程度上可以借助相应的计算机软件对工业产品进行创享设计或者让相关人员亲身体会虚拟世界（Virtual World）的计算机系统；它是计算机图形学、立体显示技术、多媒体技术、人机接口技术、计算机视觉、视觉生理学、网络技术及人工智能技术、仿真技术、微电子技术、传感与测量技术、软件工程等多种交叉学科有机结合，相互渗透贯穿形成的一种现代化，信息化设计技术平台。虚拟仿真技术面对的对象可以是现实世界物体，技术，
4、规律的，也可以是构思中的物体，技术，规律。它以仿真的方式给虚拟系统使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的二维，三维或多维虚拟世界。虚拟实训是使用虚拟现实技术在计算机创建的一种可以完全或部分代替真实实训各种操作的模拟环境，学生进入虚拟环境后，可以进行各种实验、实训操作，了解实验原理、实验步骤，或者锻炼操作技能。虚拟实训不仅有效缓解高职院校在实训经费等方面面临的困难和压力而且可以突破传统实训的各种限制，让学生可以安全、自由地在网上进入虚拟实训室，反复完成各种操作实训，能极大提高实训教学效率和质量。虚拟现实技术原理1.2 虚拟现实技术的发展历程十九世纪末和二十世纪初期, 电话和电视的发明可以
5、认为是与虚拟现实有某些联系的早期成果。随后, 包括音频、视频技术的电子学尤其是计算机技术的发展则为虚拟现实的发展奠定了牢固的基础。1929年，Edwinlink发明了一种竞赛乘坐器，它使得乘坐者有一种在飞机中飞行的感觉，后发展成为飞行模拟器，用以训练飞行员。飞行模拟器由于具有安全、节省经费、训练效率高等优越性, 越来越受到人们的重视。当人类进入太空时代, 技术更新、更复杂的航天飞行模拟器也应运而生.这类飞行模拟器可以看作是虚拟现实技术的先驱或鼻祖。60年代，Mortorheiling研制的senserrama街道模拟器是虚拟现实的另一先驱, 它集视觉、声音、运动、味觉于一体, 使用户如同乘坐摩
6、托车穿过街道的真实感觉一样虚拟现实的概念真正提出和开始研究则可追溯到1965年。Iva n S ut her lan d 在1965年设计了一种头盔式图形显示器，它可以跟踪使甩者的头部位置，为用户呈现由图形构成的模拟视景, 并根据用户头部运动改变观察点, 使用户有身临其境的感觉1967年在FrederiekBooks的指导下，美国北卡罗纳大学开始了Grope计划, 以探讨力的反馈，并可使计算机控制设备产生一种使用户感受的“仿真”力1972年, NolanBushnel开始了一种称为Pong的电子游戏，允许玩游戏的人在电视屏幕上控制一个弹跳的乒乓球，实现了交互性80年代中期，美国宇航局(NASA
7、 )的阿姆斯(Ames)研究中心利用流行的液晶显示电视和其它设备开始研制低成本的虚拟现实系统，这对于虚拟现实软硬件研制的公司是一个很大的推动90年代，虚拟现实开始向实用迈进。NASA利用VR 系统训练航天员进行哈勃望远镜的修复工作，还进行了“虚拟风洞”的应用研究。同时，欧空局ESA研制了一个用于舱外活动(EVA)创11练的V R 公11练器许多公司(如E v a n s & Su th e r la n d , S G I、V PL R e s e a r eh 等公司)开始研制商品化的V R 产品，一些科研机构和商务部门(如美国的北卡罗纳大学、华盛顿大学、麻省理工学院；日本的国际贸易和工业部
8、等)也开始投入大量的人力物力开展V R 技术基础和应用研究1.3 虚拟现实技术的技术特征与传统的设计相比，虚拟现实技术具有很多突出性的优点，比如高度集成、快速成型及分布合作等，可以很好地迎合当前市场迅速发展的需求，更有利于提高市场的竞争力，具有下面的主要特征：1、交互性(Interactivity) 交互性是指使用者对模拟环境中的物体的操纵性，可以通过使用一些专用设备如头盔、鼠标等,达到对模拟环境的考察，同时从模拟环境中得到反馈。举个最简单的例子，使用者通过对鼠标的操作实现对模拟环境的操控，加之以特定的音效，便会真切的感受到模拟环境的存在感与真实感。2、构想性(Imagination)这一特性
9、使得用户可以有广阔的想象空间，不仅可以真实再现现实的世界，甚至可以超于客观环境所能达到的宽度，虚拟现实技术给人们的无限构想提供了条件。3、沉浸感(Immersion)沉浸感又称临场感，通过对真实环境与虚拟环境间的差距进行虚化，使用户全身心地投入到其中，在听觉、触觉、视觉、味觉和嗅觉等方面拥有同现实生活中相同的感觉。4、多媒体集成性(Multi一Media)虚拟现实技术可以通过3DMAX建模实体、声音以及各种Flash动画等多媒体形式展现想要表达的现实场景，还可以通过内嵌Java等脚本语言对动画及界面进行控制。由于其丰富实用的多媒体技术，虚拟现实技术便变得更为实用，更为简单易操作。1.4 虚拟现
10、实的现状和发展趋势虽然虚拟现实这门新技术是最近几年才发展起来的，但是经过国内外许多专家的共同研究开发，该技术在短时间内发展迅速，目前在多个领域都得到了广泛运用。虚拟现实技术以其独特且显著的特征获得了广泛的认可,通过虚拟模拟境，用户可以沉浸其中，并充分的进行人机交互。虚拟现实技术可以通过技术手段模拟并构造出当前不存在的人类环境，它不仅丰富、增强了真实环境，同时可以代替并模拟出耗费人力、物力及资源较多的真实环境，最终实现计算机虚拟与现实世界的结合。美日等发达国家对其研究相对较早，取得了重大成果。国内的研究也取得了一定的成果。虚拟仿真技术在各产业之间的应用比例1.5 国外研究现状美国是虚拟现实技术的
11、发源地，美国虚拟现实技术水平基本上代表了国际水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。现在NASA已经建立起了航空、虚拟现实防护卫星训练系统，空间站虚拟现实训练系统，甚至还建立了虚拟现实教育系统，供全国性的使用。北卡罗来纳大学是进行虚拟现实研究最早的大学，主要研究分子仿真、航空建模等内容。麻省理工在研究人工智能、机器人及计算机图形学和动画等方面成就显著。1985年成立了专门的实验对虚拟坏境进行研究。华盛顿大学的华盛顿技术中心主要研究虚拟现实技术在教育、娱乐、制造业中的运用。伊利洛斯州立大学研制出在车辆设计中支持远程协作的分布式虚拟现实系统。乔治梅森大学研
12、制出一套在动态虚拟环境中流体实时仿真系统。日本是在当前虚拟现实研究领域居于领先地位的国家之一，只要致力于建立大型的虚拟现实知识库，另外在虚拟现实的游戏方面也做了很多的研究。如东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面。NEC公司开发了一套操作者可用“代用手”处理三维CAD中形体模型的系统，京都的先进电信研究所正在开发用图像处理来识别手势和面部表情作为输入信息的系统，东京大学高科技研究中心将他们注意力放在了远程控制的方面，东京大学原岛研究室开展了3项研究：人类面部表情特征的提取、三维结构的判定和三维形状的表示、动态图像的提取，筑波大学研究一些力反馈现实方法，开发了九个自由
13、度的触觉输入器，虚拟行走原型系统。富士通实验室有限公司正在研究虚拟生物与虚拟现实环境的相互作用。 欧洲的虚拟现实研究也一直位于世界领先地位，各个国家在此方面均有所长。比如英国主要是在辅助设备(包括触觉反馈)设计、分布并行处理、应用研究方面，独占鳌头。相比之下，英国ARRL公司则将研究实验重心放在远地呈现上，主要包括VR重构问题。于此同时他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。其他科技强国也积极进行了VR的研究与应用。瑞典的DIVE的异质分布式系统称为分布式虚拟交互环境，它是一个基于Unix的不同节点上的多个进程，却可以在同一世界中工作的系统。荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO-PEL)
14、所开发的训练和模拟系统，则是通过改进人机界面达到改善现有模拟系统，这样就能够使用户完全介入模拟环境。德国工业工程研究所VR实验室较早地对基于 VR 技术的装配规划系统进行了研究与开发，德国大学人工智能与虚拟现实实验室将 VR技术与人工智能技术相结合，建立了一个基于构造工具箱的概念虚拟装配系统。比如德国制药企业将VR用于新药的开发；还有一些著名的汽车企业奔驰、宝马、大众等都使用了VR技术；如德国的大众公司采用仿真技术，开发研制虚拟设计系统,系统中包括人机交互装配的碰撞检测及计算机图像渲染等，他们对于三维交互技术在制造业的应用做出了探索，同时该系统使用三维的人机交互界面,这样较好地增强了系统的沉浸
15、性。1.6 国内研究现状和一些发达国家相比，我国虚拟现实技术还有一定的差距，但也取得了一定的成果。北京航空航天大学计算机系是国内进行虚拟现实技术研究最早的单位之一，主要研究虚拟现实技术在飞行员训练和远程控制方面的应用。浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑坏境实时漫游系统。哈尔滨工业大学已成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，语音和语调的同步等。清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究。西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术立体现实技术进行了研究。中国科技开发院威海分院主要研究虚拟现实中视觉
16、接口技术，完成了虚拟现实中的体视图像对算法回显及软件接口。1.7 本章小结这一章主要介绍了虚拟现实技术的定义及其发展历程，虚拟实训技术的定义及其主要优势，虚拟现实技术的发展历程以及国内外研究现状等基本内容，以便读者能够大致了解虚拟现实技术并为后续章节合理引述虚拟现实技术提供基础。第二章 马自达L5发动机以及仿真装配实训系统分析2.1 马自达简介 MAZDA是日本最著名的汽车品牌之一，日本第四大汽车制造商，是世界著名汽车品牌，是世界上唯一研发和生产转子发动机的汽车公司。 马自达公司创立于1920年，1931年正式开始在广岛生产小型载货车，60年代初正式生产轿车，自1981年到2002年，马自达已
17、累积生产了3,500多万辆各种汽车。在九十年代之前，马自达汽车公司在日本国内排名仅在丰田、日产之后，也是世界知名的日本汽车品牌之一。自2000年开始，马自达公司通过实施“新千年计划”，使公司的发展进入了一个新的阶段。2002年开始，马自达公司先后推出了马自达6(MAZDA6)、马自达3(MAZDA3)、马自达2(MAZDA2)、马自达8(MAZDA8)、RX-8、Roadstar和CX-7等一系列新车型，在世界各地都取得了不俗的销售业绩。马自达汽车实物图L5发动机简介马自达6搭配的L5发动机排量为2.5L汽油发动机代替此前的2.3L发动机，最大输出功率达124kW，最大扭矩226Nm。Mazd
18、a6重点在低转速区对发动机的性能做了提升：这就意味着用户在实际驾驶中会明显感受到效果。与许多车动辄在5000转才能发挥出最大扭矩相比，L5发动机在4000转左右就可以接近峰值输出。在赛道上我们就可以明显感觉到了发动机在低转速的爆发力，油门的响应非常灵敏，在60-100km左右的加速非常敏捷，这在日常驾驶中的超车时非常实用。发动机形式为2.5L排量，水冷直列4缸，DOHC16气门，最大功率 124kw/6000r，最大扭矩 226Nm/4000r。L5汽车发动机在缸体的基础之上包括曲柄连杆机构、配气机构等五大系统两大机构，为提高汽车性能L5发动机在普通发动机的基础上还增加了车载诊断系统、充电系统
19、、巡航控制系统、发动机控制系统等先进系统。如图为L5发动机装配简图（两个不同角度展示）。L5发动机零件的分类 众所周知，汽车发动机是一个包含上千零部件的复杂系统，各零件之间存在一定的内在联系。无论在实际的发动机生产组装线还是在虚拟的计算机系统里边，要实现发动机的有序合理装配就必须对众零件进行合理化、规则化的管理分类，按相应的标准建立零件库是实现高效装配，科学设计装配工艺流程的基础。为实现汽车产业的国际化与标准化，汽车零件的设计一般都会遵循以下三个原则，然后在三大原则的框架之下结合汽车型号与汽车生产厂家具体要求设计汽车零件。(1)发动机零件设计标准化原则 在汽车行业乃至整个机械行业，我们会把具有
20、类似结构、尺寸的零件进行标准化统一，执行国家标准或国际标准。例如所有螺栓的标称直径、螺距、牙数甚至表面硬度、炭化层深度等都要执行相应的被国家标准，这类零件是标准化的零件。(2)发动机零件设计的系列化原则 指在发动机零件的设计过程中应根据装配要求和发动机整体设计情况，按一定的设计准则优化制定零件系列，这便于在广泛的设计中采用不同系列的零件，也便于零件的批量生产。(3)发动机零件设计的通用化原则发动机零件设计的通用化原则主要是为了提高零件的互换性能，这是提高汽车的维修性能，降低装配复杂性的重要手段。在L5发动机设计零件的过程中尽量将其采用的材料、零件结构形式、主要设计参数向标准化，系列化方面靠拢。
21、通用化零件的采用毋庸置疑能够优化设计方案，降低零件的设计成本，减少装配工具的种类和数量，简化装配流程，最终降低各环节的生产成本最大化创造社会效益。在当今汽车大批量生产的背景下，“三化原则”框架下的汽车零件设计方法对节省企业运行成本，简化生产材料类型，加快整车设计进度有很重要的作用，故而“三化原则”基本上被所有汽车生产行业乃至制造业所接受。在本文中，为了方便进行L5发动机的虚拟仿真装配，我将发动机零部件按标准件和非标准把所有零件分为两个大的类别。在此之后再对所有发动机构成零件进行三维建模，并且同样按标准件库和非标准把所有零件库分别存贮，以便于在进行虚拟装配过程中调用。L5发动机机械零件（非标准零
22、件）明细列表（部分） 非 标 准 零 件名 称零件在库中英文代码数 量发动机端盖Timing-cover1发动机气缸体Block-v1曲轴Crankshaft1进气凸轮轴Exhaust1排气凸轮轴intake1曲轴箱组合Crankcase1定位销Dowel pin1油底壳Sump 1垫圈Washer 1进气门座intake valve8排气门座exhaust valve8进气门导管intake valve8排气门导管exhaust valve8异形密封圈abnormity2连杆Connecting rod 4活塞组合件Piston set4轴套Sleeve 2限位板Limiter4进气（气门）
23、摇臂intake rocker arm4排气摇臂exhaust rocker arm4L5发动机机械零件（标准零件）明细列表（部分） 标 准 零 件名 称零件在库中英文代码数 量油孔螺塞Plug1定位销Dowel pin4弹簧座Seat, spring16弹簧spring16密封圈Gasket 2放油螺塞Drain plug1扭簧Torsion spring4O形圈O-ring1衬套Bush1气缸头定位销Dowel pin,cylinder head4凸轮轴孔塞Plug, cam shaft hole8油道垫圈Washer, oil passage1半圆键Woodruff key1连杆螺栓Bo
24、lt, connecting rod16连杆螺母Nut, connecting rod16轴承挡板Stopper, bearing2压板螺钉Screw, pressing plate8 2.2 发动机虚拟现实培训的需求分析 随着信息技术在教育领域的广泛运用，教育教学信息化已成为教育改革和发展的重要方向。教育部教育信息管理中心发出关于推进全国教师信息技术培训项目”的培训计划通知，加强教师的信息技术培训、提高教师运用现代化教育技术的能力和水平已成为教师教育和培训的重要内容。充分展示教育部对虚拟教学的重视。而目前已超过600所院校采购了VRP虚拟现实平台和相关硬件产品，是目前国内市场占有率最高的虚拟
25、现实平台软件。有力的促进了院校在虚拟现实教学方面的工作。在教育行业中，无论是学校还是学生，都能享受虚拟现实带给我们的新时代。 国内汽车保有量的大幅度的增长，汽修行业每年都需要增加几十万的汽修人员，他们不仅要有扎实的专业知识、熟练的专业技能，同时还要能独立的使用故障诊断设备，对汽车的故障进行拆装、维修。由于培训汽修人员的过程会耗费很多的资源，传统的技能教授方式已经不能满足需求，发动机虚拟现实的开发在一定程度上会缓解这种教学压力。 计算机技术的不断进步，使得虚拟现实技术的发展故障诊断演示更为真实，学习者可以通过音效、视觉效果，更生动的体会到装配过程的乐趣，这样比单纯的说理更易让人接受。 该虚拟现实
26、系统对传统装配模式逼真模拟，通过计算机技术的应用，使得操作者可以进行简单的人机交，最终实现发动机拆装过程的教学。同时，该虚拟现实系统将Catia 、3D Max 、ActionScript 3.0和C语言技术配合使用，目前这四者的结合在虚拟装配方面的应用并不是很广泛，所以该虚拟现实系统的开发具有一定的现实意义。2.2 发动机虚拟仿真装配当今世界，汽车发动机种类成千上万，每个汽车生产企业生产的发动机拥有的技术和功能也千差万别，但不管是单缸发动机还是多缸发动机，不管是汽油机才是柴油机，也不管发动机的排量扭距等技术参数如何变化，结构如何创新，发动机最终进行虚拟装配的方式方法却并不多。不同企业结合自身
27、实际情况和发动机设计自造要求，会选择一套适合的虚拟装配方案，自此，笔者简单罗列出当前全球汽车生厂商常采用的一些方案，并作出了简要描述。虚拟装配类型具体内容简述以设计为中心的虚拟仿真装配（Design-Centered VirtualAssembly）面向装配的设计为了从设计角度确保发动机的可装配性，在发动机的设计开始阶段就把发动机的设计与发动机结构优化紧密结合，为高效合理的装配生产打下基础。自顶向下并行设计强调在发动机的概念设计阶段就考虑到发动机的装配的可行性，乃至汽车整个生命周期中维修等各方面的便捷性，尽可能减少差错与不合理的设计。与主模型相关的可装配性设计以不同阶段装配的Master Mo
28、del为核心，尽量减少零部件的数量和种类，使零部件标准化、模块化，同时保证装配数据同步更新，便于不同分工的部门协调工作。以过程控制为中心的虚拟装配(Process- Centered Virtual Assembly）实现对发动机总体设计进程的控制对建立主模型空间，完成发动机结构系统总布局的总体设计阶段；确定装配区域装配层次以及几何约束的装配设计阶段；完善发动机设计，进行干涉检验的详细设计阶段这三个阶段进行合理调配，加以科学控制。实现对发动机研发生产的过程控制管理对包括发动机开发的过程描述过程间协作等方面的管理，实现对发动机设计结果和装配工艺流程等相关信息的有效管理，从而使发动机研发与生产过程
29、更加优化。以仿真为中心的虚拟仿真装配(Simulate- Centered Virtual Assembly）优化发动机装配过程基于CATIA系统的虚拟仿真装配可以根据需求把装配分配为多个装配的单元，分工合作，加强同步性能，节约时间。同时能够最大程度优化装配工艺流程。对发动机的装配性能作出评价在虚拟环境中就可以多发动机结构设计和装配性能作出评价，可计算实际装配时的耗费，从而为寻求更加合理的设计和装配手段提供基础。本系统采用以仿真为中心的虚拟仿真装配，在此基础上添加教学部分与学习检验部分作为本文所要开发的发动机仿真装配虚拟实训系统。基于L5发动机系统的复杂性，我们在发动机总装的时候选择自下而上的
30、方法，这很好解决发动机虚拟装配阶段并行性的问题。每一个不同的小组可以自由组装，完成特定系统或标准模块的虚拟装配任务，彼此在共享资源和实时更新数据的基础上互不干涉。最后，在概念设计完成的末期，依托总的布局方案，将已经分工完成的子装配体和标准模块进行最终的装配，整合。每个相对独立的小组在完成子系统和特定模块的装配任务时需要建立在“关联性设计”的基础之上。这就需要运用到自上而下的装配方法。一个零部件的设计和安装不能够脱离整个发动机的装配环境，必需要结合实际情况，参考同一系统或装配空间中相邻的零部件的实际情况，故而，采取自上而下统筹兼顾的装配手段，在完成L5发动机子系统和特定模块的装配时能够起到至关重
31、要的作用。本文结合考虑到L5发动机构造的复杂性，在充分满足发动机虚拟装配的完整性要求、层次性要求、开放性要求的基础上，提出了如图所示的装配工艺层次模型。 在所示的装配工艺层次的基础之上，结合L5发动自身系统组成，笔者简要归纳出了L5发动机装配工艺结构如下图所示。. . . . . . . . . . . . . . . 2.3 发动机虚拟现实系统开发思路此系统主要功能为教学和虚拟拆装实训，以及考量实训结果，给予评价和相应的学习指导。教学部分考虑到教学的趣味性和学生学习的积极性，本系统采用视频动画教学方案，学生在观看动画的同时，学习发动机拆装的知识，一定程度上把视频资料和学习文本结合，不仅有利于
32、教学质量的提高，改善俗套的教学方式，还对学生学习的积极性起到了很大的促进。接受性学习一般来说学习效率较低，理论化也高，考虑到这一点，本文采用理论结合实际的方法，让学生在学习的过程中不仅动脑而且动手，主动参与到学习拆装的过程中，亲身体会。系统开发了虚拟装配场景，学生可以在虚拟装配场景中体验到在现实拆装培训的乐趣，跟随动画模仿性的学习，学习效率将会大大提高，记忆能力也会大幅上升。这不但解决了越来越多的培训需求与培训场地和培训设备限制条件间得矛盾，而且也没有失去拆装实训应有的效果。 关于这套学习最后还有相应的学习检验部分，对学习成果作评价，指导学生更加有效的学习，节约时间，提高效率，提高学习水平。考
33、虑到艾宾浩斯遗忘曲线的问题，本系统根据遗忘规律开发一个程序，根据学习者在检验结果的程度上，提供学习指导，为进一步提高提供了参考。艾宾浩斯记忆曲线考虑到编者能力有限的问题，本系统直接借助其他软件平台作为子系统直接开发系统，由不同的子系统构成系统的肢体部分。而且随着合作化的不断升温，这样的教学系统也很有一定的市场，相应的软件商也乐意提供自己的帮助，从中谋取利益，合作化也是系统的一个方向。2.4 发动机虚拟现实系统设计该发动机虚拟现实系统设计流程如下：Catia零件建模：通过测量实物模型或者其他有效途径或得零件的有效尺寸，根据收集来的数据绘制三维模型3d Max渲染：将Catia建模文件导入3d M
34、ax中，通过有效的渲染是得零件更易区分，更易识别，方便学习者模拟学习编写程序构建系统：通过Flash内置的ActioScript技术，设置界面，编写程序；另外在3D Max中设置虚拟拆装场景和用C语言编写学习指导程序不断调试与完善系统直到最后得到满意的系统应用2.4 本章小结 本章对马自达作了简要的介绍，方便读者了解相关方面知识。也对发动机虚拟拆装实训系统的开发作了简要的分析，指明了系统开发的流程，为虚拟现实系统的开发和建立提供了明确的设计思路，这样，为下文虚拟现实系统的建立提供了理论支撑。第三章 发动机虚拟现实系统开发工具3.1 CATIA简介 由于本文所涉及到的零件实体建模是基于CATIA
35、 V5软件系统。故在此先对CATIA做一简要介绍。 CATIA软件（CATIA是英文 Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application 的缩写）是IBM公司和Dassault System公司精诚合作，在20世纪80年代早期隆重推出的集CAMCADCAE为一身的高端三维开发与设计软件。CATIA在汽车产业领域为世界范围内所有的汽车生产设计公司和制造厂商设计他们面向潜在市场的汽车产品提供软件平台和技术自持，同时身为PLM协同解决方案大框架的一份子，它能够涉足汽车设计开发项目的起始阶段、市场前景分析、细化的零部件和生产设计、模拟汽车运
36、行状态、虚拟仿真装配甚至是包括汽车后期维护在内的所有工业化设计阶段。CATIA产品为提升企业对市场需求的敏感性便以可扩展的开放式V5架构为基础正是V5架构的柔性使得企业对产品设计知识大加重用，加快了企业开发与相应速度。CATIA系列软件产品也在开发时逐渐形成模块化的特征，这有利于使汽车风格和造型设计、汽车研发生产设备与系统工程、机械加工、汽车技术分析和模拟运行、机械设计等各方面汽车设计企业和汽车制造企业在汽车开发这个大活动中的需要。自2000年以来，其数字样机流程在市场上被各大企业广泛采用，短时间内迅速成为全球最常用的汽车产品开发系统，据统计全球前十五的汽车企业有十四家选择将CATIA作为核心
37、设计研发软件。CATIA系列产品已经全线覆盖汽车设计制造、工农业厂房设计、通用机械制造船、舶军舰制造、电力与电子、航空航天和日常消费品七大领域并且大有成为其进行三维实体设计与模拟解决方案时优先选择软件的趋势。CATIA目前在全球范围内最大的客户有：美国通用汽车（同时使用UG），美国波音飞机制造公司，美国福特汽车，德国大众汽车，德国博世科技有限公司，德国戴姆勒奔驰汽车，德国宝马汽车，瑞典沃尔沃汽车，法国标致雪铁龙汽车，法国空中客车飞机制造公司，法国雷诺汽车，日本丰田汽车，日本本田汽车，日本三菱汽车，意大利菲亚特汽车，西门子公司，韩国现代汽车，韩国起亚汽车，中国的上海汽车集团，第一汽汽车制造集团，
38、东风汽车集团等大公司。虚拟装配技术的应用研究。Dassault System公司在20世纪八十年代相继发布了CATIA 的前三个版本，由于是初级产品，其功能并不完善，运用也不是很广泛。1993年，随着功能大为完善，操作更加便捷的第四版本CATIA 的发布，它一跃成为世界各汽车制造企业的宠儿。如今的CATIA软件主要涵盖V4和 V5两个系列版本。UNIX 平台是V4版本仅有的应用平台，而V5版本则实现了UNIX和Windows 两平台的共享。笔者在本文中充分利用了CATIA V5的建模优势，在后文中有较详细的举例介绍，在此不再赘述。CATIA制作过程中的截图Catia 三维参数化零件的建模过程主
39、要分为三个阶段：资料的收集：在建模之前，我们要对汽车零部件的功能、尺寸、形状等信息进行收集，为准确的建模提供准备。模型的制作：在建模过程中，我们不仅要达到模型尺寸的准确，同时还要使模型外观更贴近实物。模型的合成与处理：在零件建模之后，要将建成后的零件进行合成与装配，并将最终得模型送至3Dmax 软件，设置合理的材料与光照进行渲染。3.2 3D MAX简介3D Studio Max，简称为3dmax，是由Autodesk公司开发的一款集建模、渲染和制作动画于一身的三维制作软件。其主要特色就是模仿真实世界中的物体。由于模仿的逼真性以及简单方便的操作性被广大动画爱好者所使用。在广告、影视、工业设计、
40、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学等领域得到广大应用。又由于其方便易学，建模效果优良，是能够满足设计需要的最理想的建模软件，近年来在汽车行业也开始广泛使用起来，比如制作发动机变速器的三维模拟拆卸/安装过程，汽车产品的功能展示等等。结合我国多年来的汽车企业员工培训工作，一直是按照车间实装训练模式进行的，这种训练模式不仅需要完备的训练设备和器材，所需的培训场地大，而且训练时间有限，不能保证每个培训人员都能亲手操作而得到训练，这时利用三维建模，可以将复杂的培训过程，在计算机中以虚拟情景实现。培训人员可以随时登陆培训系统反复训练操作，反复理解并能快速掌握现代先进的检测维修仪器。 三维软件的具体操作是
41、打开计算机的软件快捷方式，在界面中首先建立一个虚拟的空间世界，然后在这个虚拟的三维世界中根据所要展示对象的各种参数如形状、大小，对于机械零部件的装配尺寸、位置、角度、弧度等参数建立模型及场景，再根据所要表现的动画形式设定模型的运动轨迹、虚拟摄像机的运动以及一些其它动画设定参数，最后根据实物的性质为模型赋上特定材质，打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的一张张画面，再利用AE软件进行动画的合成。 通过对比上面描述的两款软件，所以选择3dmax作为发动机建模及动画设计软件，是由于3dsmax是中端软件，易学易用，而MAYA是高端3D软件学习起来会困难一些，另外maya所需的电脑
42、配置要高一些，比如要好的显卡驱动。但是对于3Dmax而言，一般配置的电脑就可以满足要求。3dmax软件具有以下优势：能够做到所见即所得，看到的东西全都能展示出来，表达直观，同时设计质量能得到有效地提高；数据源单一集中，可以为并行的工作提供条件，提高了工作效率；有效地集成规则性知识和过程性知识，并促进知识的重用，可以减轻工作量；模型之间是相互关联的，保证了数据间的统一性和协同性；在确定各个零件的装配关系后，可以驱动这些零件到要求的尺寸大小。并且3D有一些专属的模型库，有好多模型可以直接提取出来使用，方便快速。下图所示为用3D max制作的动画中的一帧3D Max动画制作流程思路导入元件：制作完成
43、的Catia元件，保存为IGS 格式后，可以直接导入3d Max中直接使用放置摄影机：在制作动画前，找准合适的位置和角度放置摄影机，方便制作动画，和更好地展示元件制作关键帧：使用关键帧制作动画，构思动画的内容，制作关键帧的动作，最好能较为全面的展示动画的内容调节关键帧：关键帧制作完成后，反复观看动画，调节关键帧的位置，也可不加关键帧，直到最后制作出合格满意的动画 3.3 ActionScript技术简介Adobe Flash Professional CS6操作界面 ActionScript 3.0内置于Flash，其迅速的发展使其对语言完成了标准化设计，同时成功的成为了面向对象设计的编程语言
44、。ActionScript通过对Flash中动画元件的控制，来实现其强大的交互性。同时通过对动画动作、音效等效果的控制，可以呈现出动态、丰富、逼真的动画效果，完全满足编程中的更高要求。Flash的交互性动画是指，利用Flash制作生成的动画作品，在播放时支持事件响应和交互功能的一种动画，即动画的播放者以及受众都可以对播放的动画进行某种操作，使得动画的受众接受信息的方式由被动接受变为主动选择。 交互动画是伴随着计算机应用技术的产生和互联网网络的普及形成的新课题，这种动画形式充分利用了数字媒体的交互性特征，使得它与其它的动画形式相比有着更强的信息传递作用。Flash软件开发的交互技术是一种新的操作
45、与沟通形式，完全依托于计算机先进的图形交流界面技术，使用交互技术可以实现动画与观赏者之间的简单互动，具有很强的生命力。通常因操作简单而被广泛使用的交互技术有加载影片、鼠标操作等形式。加载方法是通过使用Actionscript实现的，可以从外部加载图像、声音和swf影片。加载影片的具体操作方法是将各个下级链接页面保存为独立的swf影片格式，然后在主页面进行交互过程中，通过使用load Movie()函数或load Movie Num()函数，来实现将下级影片加载到主影片相应位置的效果。加载声音通常使用load Sound（）函数。另外一种常用的交互形式是通过鼠标来实现的，鼠标单击按钮是最基本的交
46、互形式，flash中还可以实现多种通过鼠标完成的交互，如可以使用鼠标拖动影片中的对象，可以使用鼠标实现各种特殊动画效果 还可以自定义鼠标的外观等等，本论文采用的鼠标交互形式。本论文在系统中设计的交互性操作本着交互接口要简单的原则进行的。无论学员的计算机操作水平如何，进入到系统中都能快速的进入交互响应，通过鼠标点击或其他方式以最快的速度进行交互。考虑到学员个性化的需求，在进行交互设计时要充分考虑其心理需求，交互响应结果要充分体现Flash动画的娱乐性。Flash技术使操作变得真实，生动形象，因此被应用于各种领域。一、用以辅助教学：以教学理论为指导，从教学空间及学生个性化的角度出发，将具体的课程教学设置成教室、考场、放映厅、咨询台、操作坊五个虚拟教学环境，学生可以在不同的教学情境中参与学习互动，这种实时交互调动学生的学习积极性，从而促进教学创新，提高课程教学实效。二、在数字媒体中的应用：伴随着数字化时代的到来，交互性动画在众多媒体平台得到了快速的发展与应用。数字媒体成为
