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VR 开发在传感器课程设计中的应用论文

发布时间:2019-12-02 15:36:37 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:本文以《传感器课程设计》教学为研究对象,采用虚拟现实技术软件IdeaVR开发了一套用于《传感器课程设计》的VR教学方案。实现传感器复杂的零部件结构、装配和制造过程的虚拟仿真,对如何提高“传感器课程设计”课堂教学质量进行了分析与探讨。

关键词:虚拟现实(VR);位移传感器;课程设计

本文引用格式:隋文涛,等.VR开发在传感器课程设计中的应用[J].教育现代化,2019,6(16):141-144.

一 引言

       《传感器技术》是测控技术与仪器本科专业的核心的专业基础课,应用所掌握的传感器来解决实际生产、生活中遇到的问题,是课程开设的目的所在。

        《传感器课程设计》可以将数字电路、模拟电路、单片机技术等相关知识结合起来,学生的设计能力与动手能力都会得到锻炼与提高。

        在进行《传感器课程设计》教学的过程时主要有问题[1-6]:1)由于教室场地的限制,老师在讲解过程中,只有那些靠近老师,靠近器材的学生才能看仔细。2)实验用的传感器大多价格不菲,如果每个学生配备一套,所产生的成本太过昂贵。3)技术发展日新月异,学校采购的传感器的更新换代远远跟不上科技的进步。4)某些特种设备在操作时存在一定的危险。5)实验设备由于长期使用难以避免的会产生损坏,对学校造成损失。

       虚拟现实技术计算机和外部设备搭建一个虚拟的三维环境,并将用户的触觉、视觉、听觉反馈于这个虚拟环境,实现对其进行操作的功能。有了这个技术使得用户在千里之外就能体会到身临其境的感觉,并参与这个环境内的一切操作。虚拟现实技术作为一门新兴的学科,由于其直观的三维显示和低门槛的操作特性,使得学生不光是单纯从老师处被动抽象地接受知识,而是可以主动的动手操作主观的了解学习对象。因此给教育行业带来了一轮新的革新和发展。

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二 VR软件与外设

(一)VR软件


         IdeaVR是国内首款多人异地协同的VR教学考练平台,它能将CAD数据(3维模型)导入平台,人和虚拟场景进行交互,实现展示、教学、训练。搭建虚拟环境的操作十分简易,即便是零编程基础人群也能轻易操控虚实空间之间的交互,如果参与者不在相同的地区也可以通过网络构建异地的多人会议。

(二)VR外设

        目前IdeaVR支持的外设主要是曼恒数字自主研发的G-Motion光学位置追踪系统,可以实现多种人机交互功能。如图1所示,G-Motion通过以下手柄按键可以进行互动:(1)菜单键;(2)漫游键;(3)摇杆;(4)电源键;(5)确认键;(6)快捷菜单键。
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三VR开发

       笔者所在大学的传感器课程设计包含三种传感器:电阻应变式称重传感器、螺线管型差动变压式位移传感器、电涡流式位移传感器,以螺线管位移传感器为例说明开发过程。我们首先采用SolidWorks对其位移传感器进行三维建模,然后利用IdeaVR软件实现制作动画、剖切实体和虚拟装配等功能。将传感器复杂的零部件结构、装配和制造过程的虚拟仿真,使学生不仅仅依靠老师讲解获取传感器的理论知识,也可以通过实际体验,全方位认识多种传感器的相关知识,还可以通过程序控制完成传感器的装配等操作,实现传感器知识更加深层次、教学形式更加趣味化,将枯燥无味的传感器知识蕴于趣味性十足的仿真教学软件中。

(一)剖切实体

        在工具中选择剖切按钮,进入剖切功能,弹出剖切对话框通过三坐标操作器进行剖切或者直接在对话框进行输入数值剖切,就完成了剖切功能,如图2所示。

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(二)标注

       IndeaVR编辑器中提供了多种类型的标注功能:连线标注、测量标注和标签标注,在这里只介绍连线标注的方法。添加标注,首先在工具菜单中找到添加标注的按钮进入添加标注的模式弹出对话框如图3所示。

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         选择连线标注按钮确定后,在视口区域双击需要标注的节点,在屏幕中出现标注,移动鼠标至摆放的位置,双击完成标注的添加,再双击标注的内容会出现可以修改标注内容的对话框,对标注内容进行添加、修改,就完成了标注功能,如图4所示。

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(三)制作动画

         利用动画编辑器,可以制作传感器运动关键帧动画效果,首先,在主菜单的“动画”标签页中,选择“动画编辑器”图标,打开动画编辑器板。点选面板左下方的设置图标,设置该动画的时长为5秒。然后点选面板左侧的“添加关键帧”按钮,接着选择node->position,在随后的弹出的面板中选择磁芯节点,点击ok,完成关键帧的添加。

        在磁芯.position的x轴所在轨迹线的末端双击,出现关键帧小标识,设置距离为-0.011。点击面板右下方的播放图标小三角,就可以预览到传感器工作时内部的活动动画。制作动画设置窗口如图6所示。

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(四)爆炸动画的制作

       爆炸动画的制作也是在动画编辑器中完成,基本的操作过程和动画制作相同,不过需要不断的添加新的动画节点,后边节点的开始时间要与前一个节点的时间重合,这样做出来的动画就是连贯的,可以看到动画中传感器中各个部件有序的拆解出来,达到爆炸视图的效果。各时间点重合的操作界面如图7所示。

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      爆炸动画视图的视频可以在工程动画菜单里正反播放,这样就会形成正放的时候是传感器被拆解的过程,反放的时候是传感器组装的过程,爆炸动画的效果图如图8所示。

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四 结语

        本文把虚拟现实技术应用于传感器课程设计教学中,能够突破传统教学时的各种局限,将书本上的知识应用于实际操作中来,不再是纸上谈兵,同时帮助学生培养实际动手能力。而要建设专业的虚拟机械学习平台,需要把握住传统教学的每一个细节,才能构建更为真实机械学习环境,让学生能够深刻的学习到传感器的内部结构和基本的装配步骤,从而加快学生学习的进度的老师教学的深度。

参考文献

[1]周建钊,王斌.虚拟现实技术在机械课程教学中的应用[J].机械管理开发,2011,(3):177-178.
[2]姚玉斌.基于VR技术的机械产品制造过程教学案例开发[D].山东建筑大学,2017.
[3]邸馗,于天彪.虚拟现实技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2014,31(10):10-12.
[4]胡小强.虚拟现实技术[M].北京邮电大学出版社,2005:15-18.
[5]安维华.虚拟现实技术及其应用[M].清华大学出版社,2014.
[6]秦文虎.虚拟现实基础及可视化设计[M].化学工业出版社,2009:14-16.

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