教學大綱CourseSyllabus課程名稱機械裝備虛擬現實設計及實例分析CourseTitleVirtualrealitydesignandcaseanalysisofmechanicalequipment開課學期Semester2024-2025(2)填寫日期Date2025.XX.XX教學大綱CourseSyllabus-機械裝備虛擬現實設計及實例分析Virtualrealitydesignandcaseanalysisofmechanicalequipment40學分Credit(s)3□公共基礎課PublicBasicCourse□專業基礎課SpecializedFundamentalCourse專業選修課SpecializedElectiveCourse先修課程Prerequisite(s)適用學科機械工程一、教學目的Objectives(中文200字以上/above150wordsinEnglish)知識目標：使學生全面了解虛擬現實技術在機械裝備設計領域的應用，掌握機械裝備虛擬現實設計的基本概念、原理和流程，熟悉Unity3d軟件在機械裝備虛擬設計中的操作方法，包括建模、場景布置、仿真、界面設計等關鍵環節。能力目標：培養學生運用所學知識建立機械裝備虛擬現實模型，并進行仿真分析和優化設計的能力，使其能夠獨立完成簡單機械裝備的虛擬現實設計項目，提升學生解決實際工程問題的能力。同時，鍛煉學生的編程能力、數據處理能力和多學科融合應用能力，使其能夠綜合運用機械、計算機、信息技術等多學科知識開展設計工作。素養目標：培養學生的創新思維和實踐精神，增強學生對機械裝備設計領域數字化轉型的認識，提升學生的工程素養和職業素養，使其具備適應未來機械行業發展需求的綜合素質。二、課程主要內容CourseIntroduction(中文500字以上/above300wordsinEnglish)理論講授章節內容學時第一章整體概述虛擬現實技術簡介、機械裝備虛擬設計的基本概念、應用；常用虛擬現實開發工具及特點，Unity3d與UnrealEngine的對比與選擇；Unity3d開發基礎知識，包括主界面、游戲對象與組件、場景與資源管理、腳本編輯、圖形與效果；典型機械裝備虛擬現實設計對象，如煤礦綜采裝備的典型性及綜采三機的結構與功能2第二章建模與模型轉換關鍵技術模型調研與分析；基于CAD軟件的建模方法，如UnigraphicsNX、SOLIDWORKS、3dsMax介紹及實例分析；CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術，包括模型修補、參數設置、格式轉換2第三章場景布置與渲染關鍵技術空間坐標體系，如世界坐標系、屏幕坐標系等；位置布置、材質與紋理、光照與陰影；實時渲染與性能優化，粒子系統與特效設計；相機設置與視角控制，場景組織與層級管理4第四章裝備虛擬裝配關鍵技術初始Transform組件的基本屬性、數學概念、運動方式與控制方法；裝配模型操控技術，如選擇高亮、平移、旋轉、模型路徑記錄與回放；虛擬裝配演示，包括裝配序列與路徑規劃、動畫演示；自動定位約束技術4第五章裝備運動仿真關鍵技術運動仿真總體思路，父子關系的功能、構建方法與脫離；液壓支架、采煤機、刮板輸送機的運動仿真，包括父子關系建立、姿態解析、腳本邏輯；本章知識小結4第六章基于物理引擎的仿真物理引擎概述，物理引擎組件介紹，如剛體、碰撞體、觸發器、恒定力、機械裝備仿真常用的關節組件；物理引擎組件在采運機械裝備中的應用實例3第七章多機運動仿真關鍵技術復雜運動連接關系的機理解析與虛擬應用，多機運動虛擬感知與約束技術，如虛擬傳感器建立、裝備間虛擬約束關系構建；運動虛擬仿真環境設置及案例，如綜采支運、支采、采運裝備協同運動仿真3第八章GUI界面設計關鍵技術GUI介紹及使用，UGUI和NGUI介紹及使用，包括基本組件、基礎控件、UI動畫；如何選擇合適的UI；本章知識小結2第九章數據處理關鍵技術數據處理概述與軟件耦合運行框架，XML與CSV等數據格式傳輸，基于MATLAB的數據傳輸與計算，SQLSERVER與SQLLite數據傳輸；其他數據處理方式，如基于C#、Python的數據處理和本地數據傳輸通道；案例分析3第十章人機交互關鍵技術基于VR的人機交互技術，包括硬件配置要求、開發環境配置、HTCVIVE手柄控制、UI設計；基于HoloLens的人機交互關鍵技術，如混合現實技術、機械裝備AR/MR巡檢技術；基于人體動作識別的交互關鍵技術，如基于Kinect的人體跟蹤技術、AzureKinect與Unity3d的配置2第十一章數據驅動關鍵技術單片機簡介，包括基本結構、開發，Arduino的簡介及構成、IDM軟件的安裝與使用、代碼編寫；控制和監測模塊，如動作控制系統、狀態監測系統；液壓支架的虛擬監測仿真及樣機監測與控制實例1第十二章跨平臺設計與發布關鍵技術機械裝備跨平臺設計概述，基于Unity3d的跨平臺設計原則與實踐，包括統一資源管理與加載策略、用戶界面的跨平臺適配、輸入與控制處理的統一化；Unity3d跨平臺性能優化，如平臺性能特點分析與對比、移動設備和AR設備性能優化實踐；發布與測試，包括跨平臺發布流程與常見問題、注意事項2課下作業與實驗序號內容學時1基于Unity3d的簡單機械裝備建模與場景布置實驗，包括模型構建、材質紋理設置、光照陰影調整22機械裝備虛擬裝配與運動仿真實驗，進行裝配序列規劃、運動腳本編寫，實現虛擬裝配和運動效果23基于物理引擎的仿真實驗，添加物理引擎組件，模擬機械裝備的碰撞、受力等物理現象24跨平臺設計與發布實驗，將設計好的項目進行跨平臺設置和發布測試，解決發布過程中出現的問題2教學環節的安排及學時分配項目理論講授課下作業學時其它總學時學時328040三、基本要求Requirements(中文200字以上/above150wordsinEnglish)理論要求：學生應理解機械裝備虛擬現實設計的基本理論，掌握虛擬現實技術的原理、Unity3d軟件的操作流程以及各類關鍵技術的應用方法。能夠運用所學理論知識分析和解釋機械裝備虛擬現實設計中的現象和問題，具備扎實的理論基礎。實踐要求：學生需熟練掌握Unity3d軟件的操作，能夠獨立完成機械裝備的虛擬現實設計項目，包括建模、場景布置、仿真、界面設計、數據處理等環節。通過實驗課程，提高學生的動手能力和實踐操作技能，使其能夠將理論知識應用于實際項目中，解決實際工程問題。綜合要求：培養學生的創新能力和團隊協作精神，鼓勵學生在課程學習和項目實踐中探索新的設計方法和技術應用。要求學生具備多學科融合的能力，能夠綜合運用機械、計算機、數學、信息技術等多學科知識開展機械裝備虛擬現實設計工