基于Unity 3D的某飞行器虚拟拆装系统设计

Value Engineering

0引言虚拟现实（Virtual Reality ，简称VR ）是伴随着计算机高性能计算发展最近兴起的一种新型信息技术。目前，虚拟装配技术已经在各行各业进行了不同程度的应用。对于飞行器的虚拟装配核心技术之一就是虚拟现实环境的开发。Unity 3D 是实时虚拟互动内容创作和运营平台，包括游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视在内的所有创作者，借助Unity 将创意变成现实。飞行器VR/AR 的应用场景就是构建在数字世界与物理世界融合的基础之上，作为衔接虚拟产品和真实产品实物之间的桥梁，VR 和AR 内容为Unity 驱动。对于虚拟现实技术的开发主要是基于虚拟现实开发引擎，而Unity 3D 作为一款优秀的虚拟现实开发引擎在虚拟现实系统给开发过程中被广泛的应用，因此，在开发飞行器拟装配实验系统过程中选用Unity 3D 作为系统开发工具。

1总体设计思路

某飞行器拆装系统是一种以某飞行器的拆装过程为背景，利用虚拟现实技术打造的一种场景沉浸式体验与交互的系统。虚拟现实系统

虚拟拆装开发过程中的基本思路为：首先数字模型处理，主要采用CATIA 建立好完整的飞行器数字模型，由于CATIA 对于数字模型的表面美工效果较弱，采用3D Max 和CATIA 联合建模的方法完善和美化飞行器的三维模型；其次由于动画制作的需要，将建立好的模型在3D Max 中进行装配动画设计和处理；

再次将在3D Max 中设计好的数字模型和动画文件导出stp 的格式，并导入到Unity 3D 中，最后在Unity 3D 中完成装配系统的功能设计，包括，场景设计、脚本功能的实现、交互界面设计以及程序的发布。

飞行器拆装系统主要包含整体展示、拆解过程、装配过程、使命任务四个主要部分。整个系统以真实比例统一建模，模型外观材质，内部构造真实准确。装配场景背景以科技风格为主，突出关键核心部件的装配和展示。拆装过程操作准确合理，便于三维呈现拆装的全过程。打击目标场景采用三维动画展示，力求模拟真实使用环境。拆装软件主要包含自转，重点零部件介绍，各个零部件的拆分，各个零部件的组装，组装完成后出现打击目标动画整个动态过程。

2基于Unity 3D 的VR 拆装系统2.1模型建立

模型系统主要包含飞行器外观模型、飞行器零部件模型、打击动画模型、背景素材模型等部分。

在建模过程中，由于飞行器属于机械类产品，因此选用选用机械类三维建模软件CATIA 对某飞行器进行数字化全尺寸的建立，并将建立好的模型转换成STP 格式导入到3D Max 中，在3D Max 中进行渲染和贴图，使之更加具有科技感和真实感。在3D Max 中对单个飞行器对象或者建模完成后局部区域进行基础光照渲染，将建立好的各种零部件模型导入一个文件中，进行某种飞行器的装配动画设计，按照装配顺序进行零件的装配设计，然后生成不同的动画设计模型，最后设计完成后所有飞行器的装配

动画，并各导出一个FBX 文件。

2.2场景设计

场景设计使用Unity 3D 背景素材，构建整个大场景

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—作者简介：娄依志（1979-），男，浙江临海人，高级工程师，博士，研

究方向为飞行器设计。

基于Unity 3D 的某飞行器虚拟拆装系统设计

Design of Virtual Disassembly and Assembly System for an Aircraft Based on Unity 3D

娄依志①LOU Yi-zhi ；周永平②ZHOU Yong-ping

（①中国运载火箭技术研究院研究发展部，北京100076；②北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京100076）（①Research and Development Department ，China Academy of Launch Vehicle Technology ，Beijing 100076，China ；

②Beijing Institute of Systems Engineering for Near Space Vehicles ，Beijing 100076，China ）

摘要：目前商业三维软件的数字装配只是对某单个产品或者部件的装配，而产品实物模装成本高，且不能实时更改、周期长等缺陷。本文将虚拟装配技术使用在飞行器的设计、制造装配的过程，实现了某飞行器产品装配过程可视化，缩短了产品设计周期，减少了

产品的研制经费。通过采用Unity 引擎，采用交换式显示器，进行某飞行器产品的装配与拆卸系统的设计与研究，实现了某飞行器在虚拟环境中定位、复位和拆卸的实现方法，实现了虚拟装配过程。

Abstract:At present,the digital assembly of commercial 3D software is only for a single product or component.But the cost of product physical molding is high,while it can not be changed in real time,and the cycle is long.In this paper,virtual assembly technology is used in the process of aircraft design,manufacturing and assembly,which realizes the visualization of the assembly process of an aircraft product,shortens the product design cycle and reduces the product development expenses.By using Unity engine and switching display,the assembly and disassembly system of an aircraft product is designed and studied,and the realization method of positioning,resetting and disassembly of an aircraft in virtual environment is realized,and the virtual assembly process is realized.

关键词:Unity3D ；飞行器；虚拟装配Key words:Unity 3D ；Aircraft ；virtual assembly

中图分类号:TP391.9文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2021）02-0207-02

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图1拆装程序界面

3结语

虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。虚拟现实给人们带来更加方便化、沉浸式的体验。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。飞行器的设计与装配操作过程采用VR技术，使得产品更有现实感和沉浸感。基于Unity 3D的飞行器虚拟拆装系统采用基于VR的虚拟装配技

术，可以实现对数字化模型进行虚拟组装、拆卸交互操作，模型可在虚拟展厅展示的功能。实现了Unity3D启动模型自加组件，零件自定位，以及零件组装和拆卸过程中实时复位操作，具有即导即用的特点，应用面广，成本低，可推广性强。新产品设计者可以更快速、直观的发现设计错误和装配缺陷。

应用基于Unity3D虚拟现实技术开发实验系统已经成为当前解决飞行器设计中装配性验证不足的一种方法。本文基于Unity3D开发了某飞行器虚拟装配系统，可以生动形象的展现典型飞行器的结构以及装配顺序，提升了设计者和用户对飞行器组成的认识，代替了实物拆装，促进了虚拟现实技术在飞行器装配领域的应用。

参考文献:

[1]孔伟晶，王鸿伟，王荣海.基于Unity的模型虚拟装配系统研究[J].软件工程，2018，21：26-29.

[2]卢江，王利娟，马紫阳.基于Unity3D的船舶柴油机虚拟装配仿真[C].2018年数字化造船学术交流会议论文集，2018. [3]朱乐浩，卫刚.基于Unity3D的柴油机部件虚拟培训系统研究与实现[J].机械设计与制造工程，2016，45（10）：92-96.

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