第一章整體概述重型高端裝備制造目錄CONTENTS1.1機械裝備虛擬現實設計概述1.1.1虛擬現實技術簡介1.1.2機械裝備虛擬設計的基本概念1.1.3機械裝備虛擬現實設計的應用1.2常用虛擬現實開發工具1.3

Unity3d開發基礎知識1.4典型機械裝備虛擬現實設計對象第1章整體概述1.1.1虛擬現實技術簡介戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3教育醫療工業達摩克利斯之劍綜合性技術虛擬世界實時交互第1章整體概述1.1.1虛擬現實技術簡介戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4“3I特征”第1章整體概述1.1.1虛擬現實技術簡介戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5虛擬現實桌面式虛擬現實分布式虛擬現實增強式虛擬現實沉浸式虛擬現實第1章整體概述1.1.2機械裝備虛擬設計的基本概念戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6提供多媒體、交互式的三維設計環境沉浸性簡便性實時性多信息通道多交互手段第1章整體概述1.1.3機械裝備虛擬現實設計的應用戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6空客公司RHEA實驗室西門子ProcessSimulate虛擬現實應用第1章整體概述1.1.3機械裝備虛擬現實設計的應用戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6徐工集團基于MapleSim的高空作業平臺開發鄭煤機虛擬仿真技術平臺第1章整體概述1.1.3機械裝備虛擬現實設計的應用戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6虛擬現實技術在機械裝備設計中的應用不斷拓展，無論是在國內外，虛擬設計都為產品的研發、制造、裝配和維護等環節帶來了顯著的效率提升。通過虛擬現實，設計團隊可以在虛擬環境中模擬和優化各個設計階段的細節，提升產品的質量，同時降低成本和風險。目錄CONTENTS1.1機械裝備虛擬現實設計概述1.2常用虛擬現實開發工具1.2.1常用虛擬現實開發工具及特點1.2.2Unity3d與UnrealEngine的對比與選擇1.3

Unity3d開發基礎知識1.4典型機械裝備虛擬現實設計對象第1章整體概述1.2常用虛擬現實開發工具戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3工欲善其事必先利其器工具選擇是虛擬現實開發的關鍵第1章整體概述1.2.1常用虛擬現實開發工具及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4Unity3dBlenderCRYENGINEUnrealEngineA-FrameMaya建模與動畫的專業之選細分場景工具高端圖形渲染之王靈活高效的跨平臺引擎游戲引擎Web框架建模工具第1章整體概述1.2.1常用虛擬現實開發工具及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5光線追蹤Lumen全局光照可視化腳本ChaosPhysicsUnrealEngine界面視覺盛宴：超凡的圖形渲染能力高效開發：藍圖可視化編程跨平臺兼容：一鍵部署，多元發布社區支持與資源豐富實時協作與版本控制前沿技術的集成與支持ControlRig第1章整體概述1.2.1常用虛擬現實開發工具及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6圖形渲染跨平臺支持功能PhysX物理引擎Timeline動畫工具Unity3d界面強大的圖形渲染能力多平臺支持和強大的跨平臺兼容性強大的物理引擎豐富的動畫工具提供了VR開發優化工具XRInteractionToolkit第1章整體概述1.2.1常用虛擬現實開發工具及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7粒子特效曲面建模Eevee和Cycles流體模擬Python腳本Arnold渲染器運動捕捉Python和MEL腳本動畫建模工具強大內置渲染引擎物理模擬特效功能支持腳本編寫骨骼綁定第1章整體概述1.2.1常用虛擬現實開發工具及特點戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8簡單易用HTML和JavaScriptAPI有助于快速上手組件豐富生態系統完善，滿足多樣化應用場景跨平臺桌面、移動和VR頭顯都能順暢運行靈活開發適用于培訓展示、遠程協作等多種場景視覺逼真高質量材質系統呈現超真實畫面實時編輯基于Sandbox編輯器實時編輯預覽交互真實流體模擬和物理交互營造真實虛擬環境高效兼容具備跨平臺兼容性和性能優化工具第1章整體概述1.2.2Unity3d與UnrealEngine的對比與選擇戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9Unity3d跨平臺支持和開發成本編程語言和開發工具VR和AR生態系統資源和社區支持3D建模和動畫制作UnrealEngineUnity3d具有更好的跨平臺支持，可輕松部署開發應用至多種平臺;Unity3d的開發成本更低，學習曲線更為平緩Unity3d使用C#作為主要的編程語言，易學易用；UE使用C++作為主要的編程語言，具有更高的學習曲線和復雜性。Unity3d對VR和AR的生態系統支持更加全面；UnrealEngine的VR和AR支持也很強大，但生態系統不夠成熟。Unity3d開發者社區更龐大、資源庫豐富;UnrealEngine的社區規模較小，可用的資源和插件相對較少，開發存在挑戰。Unity3d建模較弱，但對機械設備能夠滿足需求，且可以創建高質量的動畫效果;UnrealEngine的建模工具更強大。目錄CONTENTS1.1機械裝備虛擬現實設計概述1.2常用虛擬現實開發工具1.3

Unity3d開發基礎知識1.3.1Unity3d主界面1.3.2游戲對象與組件1.3.3場景與資源管理1.3.4腳本編輯1.3.5圖形與效果1.4典型機械裝備虛擬現實設計對象第1章整體概述1.3Unity3d開發基礎知識戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3跨平臺支持良好編程語言易學易用資源和社區支持豐富VRAR第1章整體概述1.3.1Unity3d主界面戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4場景面板屬性面板層次面板項目面板第1章整體概述1.3.1Unity3d主界面戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5可通過右上角的“Layout”選項更改Unity3d主界面的布局第1章整體概述1.3.2游戲對象與組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6GameObject(游戲對象)Light(光源)Camera(相機)Effects(效果)UI(用戶界面)3DObject(3D對象)平行光源點光源放射光源區域光源粒子系統拖尾線條Canvas(畫布),Image(圖片),Text(文本),Button(按鈕)等立方體球體膠囊體外部模型第1章整體概述1.3.2游戲對象與組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7(1)Transform

(變換)所有游戲對象都有一個Transform組件，它包括位置、旋轉和縮放信息。通過變換，可以控制3D對象在三維空間中的位置、方向和大小第1章整體概述1.3.2游戲對象與組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8(2)Renderer

(渲染器)用于處理游戲對象的可視化，包括模型、材質和光照用于處理游戲對象之間的碰撞檢測，影響物體之間的物理交互(3)Collider

(碰撞器)第1章整體概述1.3.2游戲對象與組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9(4)Rigidbody

(剛體)添加剛體組件可以使游戲對象收到物理引擎的影響，例如受到重力的作用第1章整體概述1.3.2游戲對象與組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10(5)Scripts

(腳本)通過腳本可以添加自定義的邏輯和行為，腳本通常使用C#語言編寫第1章整體概述1.3.3場景與資源管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11(1)場景場景是Unity3d中組織內容的基本單位，包含各種元素，如游戲對象、相機、光照等，如左圖所示場景中的元素與層次面板中的物體一一對應，可以在層次面板中進行管理，如右圖所示。相機光源游戲物體第1章整體概述1.3.3場景與資源管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造12(2)資源資源是Unity3d中用于構建場景的各種元素，如模型、材質、紋理、音頻、動畫等。資源可以通過Unity3d中的資源管理器導入到項目中。模型材質紋理第1章整體概述1.3.4腳本編輯戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造13(1)選擇腳本語言C#JavaScriptBooUnity3d支持多種腳本語言，包括C#、JavaScript、Boo等。其中，C#是官方推薦的語言，也是最常用的選擇(2)創建腳本第1章整體概述1.3.4腳本編輯戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造14(3)編輯腳本將編輯器設置為VisualStudio跳轉到VisualStudio中進行編輯第1章整體概述1.3.4腳本編輯戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造15(4)編寫代碼在VisualStudio中編寫腳本代碼掛載腳本后的實際運行效果第1章整體概述1.3.5圖形與效果戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造15(1)渲染引擎(2)材質和著色器(3)光照和陰影(4)粒子系統(5)后期處理目錄CONTENTS1.1機械裝備虛擬現實設計概述1.2常用虛擬現實開發工具1.3

Unity3d開發基礎知識1.4典型機械裝備虛擬現實設計對象1.4.1煤礦綜采裝備的典型性1.4.2綜采三機的結構與功能第1章整體概述1.4典型機械裝備虛擬現實設計對象戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3農業機械建筑機械工業機器人交通運輸第1章整體概述1.4.1煤礦綜采裝備的典型性戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4煤礦綜采裝備，是指在煤礦開采過程中使用的成套自動化機械設備系統。其核心裝備群為由滾筒采煤機、液壓支架、刮板輸送機構成的“綜采三機”第1章整體概述1.4.1煤礦綜采裝備的典型性戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4液壓支架具有四連桿機構，能夠實現直線運動、旋轉運動等多種運動形式之間的轉換，同時也和能夠傳遞和轉換力量，在多個領域具有典型性。直線運動傳遞和轉換能量連桿機構旋轉運動第1章整體概述1.4.1煤礦綜采裝備的典型性戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4采煤機結構中涉及的鏈傳動、減速箱、油缸等在機械裝備中均十分常見，也能夠在一定程度上代表具有類似結構的機械裝備。第1章整體概述1.4.1煤礦綜采裝備的典型性戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4浮動推移機構，具有類似機械臂的復雜結構，能夠簡化為圖中展示的工業機器人模型。工業機器人模型的廣泛應用對于研究對于其他機械裝備具有很強的借鑒價值。第1章整體概述1.4.2綜采三機的機構與功能戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4綜采三機并不是各自獨立運行的，它們之間存在著一定的耦合運行關系。第1章整體概述1、液壓支架戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4液壓支架主要由執行元件、承載結構件、推移裝置、控制系統和其他輔助裝置組成。液壓支架的動作通過液壓系統將機械能轉化為液壓能，再通過執行元件將液壓能轉化為機械能。第1章整體概述2、滾筒采煤機戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4采煤機主要由電動機、牽引部、截割部、和附屬裝置組成。此外，采煤機內的調高油缸還可使搖臂連同滾筒升降，調節采煤機的采高。第1章整體概述3、刮板輸送機戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4刮板那輸送機作為一種運送煤和物料的設備，同時也是采煤機的運行軌道，浮動連接機構是刮板輸送機的主要部分。第1章整體概述思考題戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7請根據你的理解給虛擬現實技術下一個定義。虛擬現實技術的“3I”特性分別是什么？每一種特性的含義又是什么？虛擬現實設計能夠在機械裝備設計的哪些階段發揮重要作用？在機械裝備中，煤礦綜采裝備的結構原理為什么具備高度的代表性？請根據你的理解闡述Unity3d在機械裝備虛擬現實設計中有什么獨有的優勢。

THANKS第二章建模與模型轉換關鍵技術重型高端裝備制造目錄CONTENTS2.1

模型調研與分析2.2模型構建方法2.3

CAD模型與Unity3d模型的

轉換關鍵技術2.1模型調研與分析主要步驟戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2確定模型需求收集數據建立模型模型驗證模型應用模型分析目錄CONTENTS2.1模型調研與分析2.2模型構建方法2.2.1基本CAD軟件的建模2.2.2UnigraphicsNX介紹2.2.3SolidWorks介紹2.2.43dsMax介紹2.2.5實例分析2.3

CAD模型與Unity3d模型的

轉換關鍵技術2.2模型構建方法2.2.1基于CAD軟件的建模步驟戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3（1）確定設計需求和參數：明確機械裝備的設計需求和參數。（2）創建零件模型：根據設計需求和參數，創建單個零件3D模型。（3）組裝零件模型：按設計要求和組裝順序組合裝配零件模型，確保零件間協調連接。（4）添加材質和紋理：對零件模型進行材質和紋理的添加與編輯，使其更加真實生動。（5）生成工程圖紙：對3D模型進行投影和剖視，生成工程圖紙和零件列表。（6）檢查和優化模型：檢查修正建模錯誤和不足，確保模型符合設計要求。2.2模型構建方法2.2.2UnigraphicsNX介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4標題欄工作窗口菜單欄資源條功能區工作區狀態欄坐標系全屏按鈕2.2模型構建方法2.2.2UnigraphicsNX介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5新建裝配圖添加組件裝配組件2.2模型構建方法2.2.3SolidWorks介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6設計樹工作窗口菜單欄狀態欄操控面板任務窗格標準工具欄輔導視圖工具欄2.2模型構建方法2.2.3SolidWorks介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7新建裝配圖添加組件裝配組件2.2模型構建方法2.2.43dsMax介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8狀態欄工作窗口功能區時間尺主工具欄命令面板視口導航動畫控件快速訪問視口場景資源管理器2.2模型構建方法2.2.5案例分析——煤機裝備建模戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9采煤機：MG250/600刮板輸送機：SGZ764-630液壓支架：ZY10000/28/382.2模型構建方法2.2.5案例分析——煤機裝備建模戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10目前常用的建模軟件有UG、SolidWorks、Pro/E等。為展示部件內部結構、實現人機交互虛擬操作及采掘運場景仿真，所需建模精度要求極高，因而常采用UG、Pro/E等軟件。2.2模型構建方法2.2.5案例分析——煤機裝備建模戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11通過對比CAD軟件構建的三維模型與虛擬模型的特性分析可知，CAD軟件中對于機械裝備的真實性渲染較差，因此常用UG軟件進行三維建模及裝配，然后利用3dsMax對模型進行轉換，最后在虛擬仿真軟件中對模型進行渲染及位置安放。

CAD軟件虛擬現實軟件運動遵循約束計算機圖形學定位遵循約束絕對或相對位置坐標識別自動識別特征無法自動識別造型機械產品造型藝術、曲線造型顯示無材料豐富的材質目錄CONTENTS2.1模型調研與分析2.2模型構建方法2.3

CAD模型與Unity3d模型的

轉換關鍵技術2.3.1模型修補技術2.3.2模型參數設置2.3.3模型格式轉換2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.1模型修補技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1模型修補技術是在CAD三維建模中常用的一種方法，用于處理模型中的缺陷、錯誤或不完整性。如圖所示，以液壓支架為例在UG中完成建模并進行模型修補，主要是針對運動關系的旋轉中心點，建立銷軸，以此對運動中心點進行標記。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.1模型修補技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2以刮板輸送機中部槽為例，具體添加銷軸如圖所示，其在添加銷軸之后具有以下功能：（1）在Z方向旋轉：主要用于向煤壁側推進；（2）在X方向旋轉：主要用于底板不平整的情況。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.1模型修補技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3模型修補技術不僅僅包括銷軸添加，同時也包括采用3DSource零件庫等方式對一些零部件的缺失問題進行修補，3DSource零件庫支持所有主流的三維CAD平臺：Pro/E、UGNX、CATIA、SolidWorks等。例如掘進機鏟板部驅動部分的驅動馬達，在模型中就沒有顯示出來，其修補效果如下圖所示。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.2模型參數設置戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4在三維建模軟件UG中導出STL格式時，具體操作流程為：點擊“文件”，然后點擊“導出”，接著選擇“STL”，在導出界面選擇要導出的對象并選擇導出位置，并將弦公差設置為0.08，角度公差設置為18，最后選擇確定。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.2模型參數設置戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5在SolidWorks軟件中導出STL格式時，具體操作流程為：點擊“文件”，然后點擊“另存為”，接著選擇“導出位置并文件命名”，然后點擊保存類型，選擇“STL”，點擊“選項”，在選項界面根據自己的需求選擇合適的單位，其余選擇默認。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.2模型參數設置戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6轉換為STL格式之后，接下來將其導入到過渡軟件3dsMax時需要設置合理的轉換參數。在導入時，“焊接閾值”設置為0.01，“平滑角度”設為30，取消勾選“移除雙面”和“統一法線”。經過反復測試，綜合考慮選取以下參數作為各個軟件導出STL格式的轉換參數：1）UG：弦公差為0.08，角度公差為18.0；2）SolidWorks：需要根據需求選擇合適的單位；3）Pro/E：弦高0.5，角度0.5；2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.2模型參數設置戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7模型修補結束后，將修補好的模型導出為FBX格式，導出參數選擇系統默認，如圖所示，然后將轉換后的FBX格式導入到Unity3d中。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.3模型格式轉換戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8Unity3d并不具備獨立、完善的三維建模功能，因而需要從外部軟件完成建模后進行導入。Unity3d模型格式主要為FBX，這種格式需要中間軟件進行格式轉換，常采用3dsMax進行格式轉換。格式轉化過程如圖所示。從UG轉換到3dsMax可以接受的格式有IGS、DWG、WRL、STL，經過多次試驗對比發現，選擇STL格式進行轉換較為合適，該格式轉換時間較快，模型所占內存較小，且轉換后能夠保持原有模型的真實感官，適應虛擬裝配與場景仿真的基本需求。2.3

CAD模型與Unity3d模型的轉換關鍵技術2.3.3模型格式轉換戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9首先在UG中對鏈輪進行三維建模，然后將模型以STL格式導入到過渡軟件3dsMax中，接著在3dsMax中將煤層以FBX格式導出，最后將FBX格式導入到Unity3d中。以鏈輪為例，采用UG建模并進行格式轉換，整個格式轉換流程如圖所示。THANKS第三章場景布置與渲染關鍵技術重型高端裝備制造目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.1

空間坐標系—世界坐標系戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3

世界坐標是場景中所有對象的通用坐標系。它以場景的原點為基準，使用X、Y和Z軸表示模型在三維空間中的位置。

例如，當模型的世界坐標是(5,2,8)，則它在X軸上距離原點5個單位，在Y軸上距離原點2個單位，在Z軸上距離原點8個單位。

當從Unity3d中新建一個模型對象，它所具有的Transform參數所采用的就是世界坐標系，該坐標系分為左手坐標系和右手坐標系，如右圖所示。其中左手坐標系代表的是世界坐標系。左右手法則第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4

Unity3d中一個模型的坐標信息，通過Transform.position來存儲，它是一個Vector3變量，是一個三維向量，存儲了X、Y、Z的位置信息。操作界面如右圖所示。坐標位置信息3.1

空間坐標系—世界坐標系第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5

屏幕坐標系是一個二維坐標系統，原點位于屏幕的左下角，水平軸向右延伸，垂直軸向上延伸。

屏幕坐標系的單位是像素，X軸表示水平方向的像素位置，Y軸表示垂直方向的像素位置，所以又叫做像素坐標系。通過屏幕坐標系，可以在場景開發中方便地進行屏幕上的位置定位、用戶輸入處理以及屏幕空間的渲染效果控制。如右圖所示。屏幕坐標系3.1

空間坐標系—屏幕坐標系第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6

為了方便設計，可以使用Camera.ScreenToWorldPoint和Camera.WorldToScreenPoint等方法實現屏幕坐標和世界坐標之間的轉換，便于模型對象在屏幕上的交互和呈現。3.1

空間坐標系—屏幕坐標系例如：Vector3worldPosition=newVector3(3,2,5);Vector3screenPosition=Camera.main.WorldToScreenPoint(worldPosition);Vector3worldPositionAgain=Camera.main.ScreenToWorldPoint(screenPosition);這使得開發者能夠輕松地將模型的位置從世界坐標轉換為屏幕坐標，或者反向轉換。第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7

視口坐標系是相對于攝像機視角的坐標系統。它使用歸一化的坐標值，X和Y軸的范圍是[0,1]，表示在相機視口內的位置。視口坐標系常用于處理攝像機的渲染效果或在相機中進行一些特殊的定位。相機視角坐標系3.1

空間坐標系—視口坐標系

視口坐標系和屏幕坐標系類似：

視口坐標通過使用Camera.ViewportToWorldPoint和Camera.WorldToViewportPoint函數，實現世界坐標和視口坐標之間轉換。第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8GUI坐標系主要用于創建和管理2DGUI元素。它使用像素坐標，原點位于屏幕左上角。在GUI坐標系中，開發者可以使用GUI類的函數來控制元素的位置、大小和交互。3.1

空間坐標系—GUI坐標系

例如，通過以下代碼可以設置一個GUI按鈕的位置：GUI.Button(newRect(10,10,100,50),"Clickme!");

案例中，按鈕的左上角在GUI坐標系中的坐標是(10,10)，寬度和高度分別為100和50。GUI坐標系設置目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10平移操作界面其操作方法主要包括：(1)在Unity3d編輯器中，選擇要平移的模型。(2)在工具欄中選擇移動工具（快捷鍵：W）。(3)按住鼠標左鍵拖動移動工具的箭頭，即可沿著對應軸線進行平移。也可在Transform組件中直接修改模型的Position屬性，手動輸入平移的距離。3.2

位置布置——平移操作

平移是指沿著模型的軸線移動模型，使其改變位置而不改變方向。第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11代碼操作：使用Transform.Translate方法實現模型的平移，通過傳入一個位移向量來指定平移的距離和方向。例如：TransformcubeTransform=GetComponent<Transform>();floatzMovement=Time.deltaTime*speed;cubeTransform.Translate(Vector3.forward*zMovement);}其中transform.Translate(Vector3.forward)表示將模型沿著Z軸正方向移動。3.2

位置布置—平移操作第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造12其操作方法主要包括：（1）在Unity編輯器中，選擇要旋轉的模型。（2）在工具欄中選擇旋轉工具（快捷鍵：E）。（3）按住鼠標左鍵拖動旋轉工具的圓圈，即可繞著對應軸線進行旋轉。也可以在Transform組件中直接修改模型的Rotation屬性，手動輸入旋轉的角度。旋轉操作界面3.2

位置布置—旋轉操作

旋轉是指改變模型的朝向，使其繞著一個中心點旋轉。第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造13代碼操作：使用Transform.Rotate方法也可以實現模型的旋轉，通過傳入一個旋轉向量來指定旋轉的角度和軸。3.2

位置布置—旋轉操作例如：transform.Rotate(Vector3.up*Time.deltaTime*rotationSpeed)該函數用來將模型繞著Y軸正方向旋轉。第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造14其操作方法主要包括：(1)在Unity編輯器中，選擇要縮放的模型。(2)在工具欄中選擇縮放工具（快捷鍵：R）。(3)按住鼠標左鍵拖動縮放工具的方塊，即可沿著對應軸線進行縮放。也可以在Transform組件中直接修改模型的Scale屬性，手動輸入縮放的比例。縮放操作界面3.2

位置布置—縮放操作

縮放是指改變模型的大小，使其變得更大或者更小。第三章

場景布置與渲染關鍵技術戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造15代碼操作：使用Transform.localScale屬性實現模型的縮放，通過傳入一個縮放向量來指定各個軸的縮放比例。例如：transform.localScale=newVector3(2,2,2)該函數用來將模型在X、Y、Z軸方向上都放大為原來的2倍。3.2

位置布置—縮放操作目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—材質類型選擇戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1785(1)漫反射材質：漫反射材質是在模型表面均勻地反射光線，不會產生鏡面反射的效果。(2)鏡面反射材質：鏡面反射材質具有光澤和反射效果，在表面產生明亮的光斑，能夠模擬金屬等光滑表面的特性。(3)透明材質：透明材質允許部分光線穿過表面，而不是完全反射或吸收。部分材質球選擇第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—材質選擇原則戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造188686

在選擇合適的材質類型時，需要考慮場景需求、效果目標以及渲染性能等因素。以下是一些基本的材質選擇最優方法：(1)根據模型屬性選擇：根據模型的表面特性和反射屬性選擇合適的材質類型。(2)考慮光照環境：考慮場景中的光照情況，選擇能夠與光照環境相匹配的材質，以達到更加真實的效果。在低光環境下，適合使用鏡面反射材質，而在高光環境下，漫反射材質更為合適。(3)調節材質參數：根據具體需求調節材質的參數，如反射強度、透明度、光澤度等，以達到理想的視覺效果。模型屬性光照環境材質參數選擇原則第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—材質添加方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1987

下面在Unity3d中創建一個新材質。首先，在Materials中右擊鼠標找到Creat，在Creat列表中選擇Material,完成材質創建，具體操作如右圖所示。

材質球創建第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—材質添加方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2088

將創建完成的材質球拖拽到需要渲染的模型中，對模型進行材質添加，如右圖所示，對液壓支架立柱進行材質添加。

材質球添加第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—材質參數調節戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造218989針對不同的材質類型，可以調節一系列參數來控制其外觀和表現效果。打開需要調節的材質球，在Inspector中調節相關參數。材質球參數調節第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—紋理貼圖與調整戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2290

UV映射是一種將二維紋理映射到三維模型表面的技術。在UV映射中，每個頂點都會分配一個UV坐標，用于確定紋理在模型表面的位置和方向。在虛擬現實應用中，需要對紋理進行調整和編輯，以滿足場景特定的需求和效果。(1)縮放：調整紋理大小比例，使其適應模型表面尺寸。(2)旋轉：旋轉紋理的方向，改變其在模型表面上的布局。(3)偏移：在UV坐標空間中對紋理進行平移，調整其在模型表面上的位置。(4)鏡像：對紋理進行水平或垂直鏡像，改變其在模型表面上的對稱性。縮放旋轉偏移紋理調整措施鏡像第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—紋理添加方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2391在Unity3d中進行紋理調整的基本步驟：導入紋理：將所需紋理圖像導入Unity3d項目中。創建材質：在Unity3d中創建一個新的材質，并將導入的紋理應用到該材質上。調整紋理參數：在材質屬性面板中，調整紋理的縮放、旋轉、偏移等參數，以達到最佳視覺效果。紋理貼圖添加第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.3

材質與紋理—紋理添加方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2492在Unity3d場景視圖中，可以實時預覽紋理在模型表面上的效果，并根據需要進行調整，右圖為紋理貼圖前后的效果對比。紋理貼圖對比圖（a）貼圖前（b）貼圖后目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.4

光照與陰影—光照模式戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造269494

光照模式是描述光源在場景中產生光照效果的模式。在虛擬環境中，常見的光照模式包括平行光、點光源和環境光等。在Unity3d等虛擬環境開發平臺中，通過調整光源組件的參數來實現光照設置。具體操作包括添加光源對象、調整光源的位置、方向和強度等。光源選擇第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.4

光照與陰影—光照模式與選擇戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2795951.平行光

平行光是指來自遠處并且光線方向平行的光源。其特點是光線平行且方向固定，適用于模擬室外場景和整體光照效果。2.點光源

點光源是指從一個點發出的光源，光線向所有方向輻射。其特點是光線發散且強度隨距離遞減，適用于模擬室內場景和局部光照效果。3.環境光

環境光是指在場景中通過多次反射和折射產生的間接光照效果。其特點是柔和且均勻，能夠增強場景的整體感和真實感。不同光照環境下效果圖第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.4

光照與陰影—陰影模式與選擇戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造289696

陰影是指光線被模型遮擋而產生的暗影效果，是增強虛擬環境真實感的重要元素之一。在虛擬環境中，常見的陰影類型包括實時陰影和靜態陰影。

在Unity3d中，通過調整陰影的參數來改善陰影效果，包括陰影的分辨率、強度和軟硬度等。具體操作包括調整陰影的分辨率以提高陰影的清晰度和細節、調整陰影的強度以控制陰影的明暗程度、以及調整陰影的軟硬度以改變陰影的邊緣過渡效果。通過合理調整陰影參數，可以使場景中的陰影效果更加真實和自然，增強場景的真實感和立體感。實時陰影：實時陰影是在運行時動態生成的陰影效果，適用于動態模型和光源的場景。靜態陰影：靜態陰影是在場景構建階段預先計算和存儲的陰影效果，適用于靜態模型和光源的場景。目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3098實時渲染是指在場景或應用程序中即時生成并呈現圖像的過程，其核心目標是在有限的時間內生成高質量的圖像以實現流暢的用戶體驗。屏幕空間反射環境光遮擋光照與陰影實時渲染措施粒子系統圖像特效第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3199（1）屏幕空間反射屏幕空間反射是一種用于模擬模型表面反射的高級渲染技術，通過對屏幕上的像素進行采樣，計算其對應的反射結果，從而實現真實感的反射效果。（2）環境光遮擋環境光遮擋是一種用于模擬光線在環境中傳播時受到遮擋而產生的陰影效果的渲染技術。在真實世界中，模型之間存在著各種微小的間隙和遮擋，這些遮擋會導致光線在模型表面聚集較少，從而在陰影區域產生暗淡的效果。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造32100（3）光照與陰影光照和陰影會直接影響著場景的逼真程度和用戶體驗。光照模擬了光線在場景中的傳播和作用過程，而陰影則模擬了光線被模型遮擋而產生的暗影效果。（4）粒子系統粒子系統可以模擬各種特殊環境，如火焰、煙霧、水流等。通過調整粒子的參數和特性，可以實現豐富多彩的視覺效果，增強場景的真實感和動態性。（5）圖像特效圖像特效可以通過后期處理來增強場景的視覺效果，如景深效果、運動模糊、色彩校正等。圖像特效可以使場景更加生動、美觀，提升用戶的視覺體驗。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造33101GPU特性對渲染性能的影響：GPU（GraphicsProcessingUnit，圖形處理器）的特性對渲染性能有著重要的影響。其中包括并行處理能力、顯存帶寬、紋理單元數等。除此之外，GPU的特性還包括以下五個方面。CUDA核心數圖形存儲器類型顯存容量GPU特性GPU頻率圖像特效第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造34102渲染管線的基本流程

渲染管線是指渲染引擎中圖形數據處理的流程。在現代圖形渲染中，通常包括頂點處理、光柵化、片元處理等階段。頂點處理階段用于對頂點進行變換和投影，光柵化階段將三維模型轉化為二維像素，并確定每個像素的位置，片元處理階段則對像素進行著色、光照等計算。(1)頂點處理；

(4)片元處理；(2)幾何處理；

(5)像素輸出；(3)光柵化；渲染管線的基本流程包括多個階段，每個階段都有特定的功能，負責處理不同的圖形數據。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造35103(1)頂點處理：功能：頂點處理階段負責對輸入的頂點數據進行變換和投影，將三維空間中的頂點坐標轉換為屏幕空間中的二維坐標。(2)幾何處理：功能：幾何處理階段對頂點數據進行進一步處理，生成幾何圖元（如三角形）以供后續的光柵化處理。(3)光柵化：功能：光柵化階段將幾何圖元轉換為屏幕上的像素，并確定每個像素的位置。(4)片元處理：功能：片元處理階段對光柵化階段生成的每個像素進行處理，包括著色、光照計算、紋理采樣等。(5)像素輸出：功能：像素輸出階段將經過片元處理后的像素數據輸出到幀緩沖區。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造36104減少場景性能消耗的優化方法：性能優化在場景開發和圖形渲染中至關重要。它不僅可以提高場景的幀率和流暢度，還可以減少資源消耗，延長設備電池壽命，提升用戶體驗。

優化資源使用減少渲染負荷利用硬件加速優化方法使用延遲渲染技術避免過度繪制第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.5

實時渲染與性能優化戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造37105(1)優化資源使用：合理管理場景資源，包括紋理、模型等，避免過度使用高分辨率或冗余資源，以減少內存和存儲占用。(2)減少渲染負荷：通過減少多邊形數量、使用簡化模型、減少光源數量等方式，降低渲染復雜度，提高渲染性能。(3)利用硬件加速：充分利用GPU的硬件加速功能，如圖形API的特性、著色器的優化、GPU實例化等，以提高渲染效率。(4)使用延遲渲染技術：延遲渲染技術可以將光照和材質計算延遲到后期階段進行，從而減少對GPU的壓力，提高渲染性能。(5)避免過度繪制：通過合理使用裁剪和遮擋技術，避免在不可見區域繪制對象，減少不必要的渲染占用。目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.6

粒子系統與特效設計戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造39107

粒子系統能夠模擬各種故障現象和場景特效，為場景增添動態感和豐富度。不同類型的粒子系統可以應用于各種不同的場景，根據需求進行選擇和調整，以實現理想的視覺效果。火焰粒子效果煙霧粒子效果水流粒子效果常見粒子特效第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.6

粒子系統與特效設計—火焰粒子效果戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造40108(1)火焰形態：火焰通常具有柔軟、流動的形態，具有一定的透明度和明亮度，根據火焰的大小和形狀調整粒子系統的尺寸參數。(2)火焰顏色：火焰的顏色通常為橙紅色至黃色，通過調整粒子的顏色和透明度，使其更加逼真和生動。(3)火焰運動：火焰通常具有不規則的運動軌跡，通過調整粒子的速度、方向和角度，模擬火焰的燃燒過程。火焰效果第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.6

粒子系統與特效設計—煙霧粒子效果戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造41109(1)煙霧形態：煙霧通常呈現出薄薄的、彌散的形態，具有一定的不透明度和隨機性，根據場景需求調整粒子的參數。(2)煙霧顏色：煙霧的顏色通常為灰色或白色，通過調整粒子的顏色和透明度，使其更加逼真和立體。(3)煙霧漂浮：煙霧通常具有漂浮的效果，通過調整粒子的速度和運動軌跡，模擬煙霧在空氣中的擴散和流動。煙霧效果第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.6

粒子系統與特效設計—水流粒子效果戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造42110(1)水流形態：水流通常具有流動、涓涓流淌的形態，具有一定的透明度和波動性，根據水流的大小和速度調整粒子系統的尺寸參數。(2)水流顏色：水流的顏色通常為藍色或透明色，通過調整粒子的顏色和透明度，使其更加逼真和清澈。(3)水流涌動：水流通常具有涌動和波動的效果，通過調整粒子的速度和運動軌跡，模擬水流在地形上的流動和流溢。水流效果目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—投影方式戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造44（1）透視投影

透視投影是一種仿照人眼視覺特性設計的投影方式，具有近大遠小、景深感強的特點。在透視投影中，模型距離相機越遠，其在視野中的大小越小，而且遠處的模型會呈現出明顯的遮擋關系，使得場景更加真實。（a）遠距離視角（b）近距離視角透視投影視角圖第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—投影方式戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造45（a）遠距離視角（b）近距離視角正交投影視角圖（2）正交投影

在正交投影中，模型無論距離相機多遠，其在視野中的大小保持不變。正交投影不考慮模型與相機之間的距離，所有模型在視野中的大小都是固定的，沒有景深感。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—模式選擇與設置戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造46如何選擇和設置相機模式？(1)創建相機：在場景中創建一個相機對象。可以通過在Hierarchy面板右鍵點擊選擇“Camera”來創建相機對象。(2)選擇投影模式：選擇創建的相機對象，在Inspector面板中找到相機組件的“Projection”屬性。通過下拉菜單選擇“Perspective”或“Orthographic”，分別對應透視投影和正交投影。Camera創建屬性選擇第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—模式選擇與設置戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造47(3)調整投影參數（可選）：根據具體需求，可以調整相機的其他參數，如視場角、正交大小等，以達到預期的渲染效果。通過以上步驟，就可以在Unity3d中選擇和設置相機的投影模式。根據具體的項目需求和場景特點，選擇適合的相機模式將有助于實現更好的視覺效果。參數選擇第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—相機視角控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造48在虛擬場景中，相機的基本視角控制是用戶與場景互動的核心之一。通過旋轉、平移和縮放等基本操作，用戶可以靈活地觀察和操控場景，增強交互體驗。相機視角操作指示圖第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—相機視角控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造49（1）平移平移是指沿著相機的軸線移動相機，使其改變位置而不改變方向。通過平移可以調整觀察位置，從不同的角度和距離觀察場景中的模型和環境。相機視角平移第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制—相機視角控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造50（2）旋轉旋轉是指改變相機的朝向，使其繞著一個中心點旋轉。通過旋轉，用戶可以調整觀察角度和方向，以便更好地觀察場景中的模型和環境。相機視角旋轉第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.7

相機設置與視角控制戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造51（3）縮放縮放是指改變相機的視野范圍，使其呈現出不同的視角大小。通過縮放可以調整視野范圍，以適應不同大小和距離的模型和環境。相機視角縮放目錄CONTENTS3.1空間坐標體系3.2位置布置3.3材質與紋理3.4光照與陰影材質與紋理3.5實時渲染與性能優化3.6粒子系統與特效設計3.7相機設置與視角控制3.8場景組織與層級管理第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.8

場景管理與層級管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造53通過結構化管理虛擬場景中的對象，場景布局變得更加合理和易于控制。層級管理通過建立父子關系，使得復雜場景中的對象操作更加簡便，如移動父對象時同時影響其子對象。其次，這種組織方式提高了開發效率和維護性，使開發者能夠快速定位和修改特定對象。此外，場景組織與層級管理通過按需加載和卸載不同層級的對象，有效減少資源消耗，提高渲染效率。因此，場景組織與層級管理在場景布置與渲染中不僅提升了開發和管理的便利性，還顯著優化了系統性能。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.8

場景管理與層級管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造54（1）單一場景單一場景是指將所有的虛擬環境元素都集成到一個場景中，包括支架、采煤機、刮板輸送機等。這種場景結構簡單，所有內容都在一個場景文件中管理，方便統一控制和修改。（2）多場景多場景是指將虛擬環境拆分成多個獨立的場景文件，每個場景負責不同的功能或區域，便于管理和優化。第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.8

場景管理與層級管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造55在選擇場景結構與布局策略時，需要綜合考慮以下幾個方面的因素：應用類型與規模性能和資源要求用戶體驗與交互設計場景因素考慮開發與維護成本第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.8

場景管理與層級管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造56單一場景：如果智慧綜采工作面要求功能較少，只包含少量設備和交互內容，且展示方式比較簡單，可以考慮采用單一場景結構。所有的設備、交互界面和場景布局都集中在一個場景文件中管理，方便統一管理和修改。多場景：如果智慧綜采工作面的規模較大，包含全部設備，且要求多種模式運行。可以考慮采用多場景結構。將不同的仿真模式分成獨立的場景文件，每個場景負責展示特定的內容，便于管理和優化。綜采工作面數字孿生平臺第三章

場景布置與渲染關鍵技術3.8

場景管理與層級管理戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造57選擇合適的場景結構與布局策略是虛擬現實應用開發中的重要環節。在實際應用中，需要根據應用類型與規模、性能和資源要求、用戶體驗與交互設計以及開發與維護成本等因素綜合考慮，靈活選擇單一場景或多場景結構，以實現最佳的用戶體驗和性能優化。多場景布置THANKS第四章裝備虛擬裝配關鍵技術重型高端裝備制造目錄CONTENTS4.1

Transform組件4.1.1基本屬性介紹4.1.2數學相關概念4.1.3運動方式與控制方法4.2裝配模型操控技術4.3虛擬裝配演示4.4自動約束定位技術第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1Transform組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造1裝配路徑工藝規劃碰撞檢測第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1Transform組件戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造2牽引部傳動牽引部整體截割部傳動第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.1基本屬性介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造3（1）位置Position組件（2）旋轉Rotation組件（3）比例Scale組件虛擬產品真實產品Unity3d部分界面第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.1基本屬性介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造4（1）Position（x,y,z）//示例代碼transform.position=newVector3(l.0.0)//將游戲對象的位置設置為(1.0,0)第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.1基本屬性介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造5（2）Rotation//示例代碼transform.rotation=Quaternion.Euler(0,0,90)//將游戲對象繞Z軸旋轉90°第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.1基本屬性介紹戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造6（3）Scale//示例代碼transform.localScale=newVector3(2,2,2);//將游戲對象放大為原來的兩倍第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.2數學相關概念戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造7

四元數：作為有序對，可以表示為以下形式：s為實數，V為三維空間中的向量

將v用i,

j,

k表示：

Unity中的表示方法：Vector3(0,0,0)Unity中的表示方法：Quaternion(0,0,0,1)第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.3運動方式與控制方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造8（1）移動（1）直接修改Transform組件的position屬性：//將物體移動到目標位置transform.position=targetPosition;（2）使用Translate函數：//在世界坐標系中平滑地移動物體到目標位置transform.Translate(targetPosition-transform.position,Space.World);//在局部坐標系中平滑地移動物體到目標位置transform.Translate(targetPosition-transform.localPosition,Space.Self);第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.3運動方式與控制方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造9（2）旋轉（1）直接修改Transform組件的rotation屬性：//將物體旋轉到目標角度transform.rotation=Quaternion.Euler(targetEulerAngles);（2）使用Rotate函數：//在世界坐標系中平滑地旋轉物體到目標角度transform.Rotate(Vector3.up,targetAngle,Space.World);//在局部坐標系中平滑地旋轉物體到目標角度transform.Rotate(Vector3.forward,targetAngle,Space.Self);第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.1.3運動方式與控制方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造10（3）縮放（1）直接修改Transform組件的Scale屬性：//將物體縮放到目標大小transform.localScale=targetScale;（2）使用Scale函數：//在世界坐標系中平滑地縮放物體到目標大小transform.localScale=Vector3.Lerp(transform.localScale,targetScale,Time.deltaTime);//在局部坐標系中平滑地縮放物體到目標大小transform.localScale=Vector3.Lerp(transform.localScale,targetScale,Time.deltaTime);目錄CONTENTS4.1Transform組件4.2裝配模型操控技術4.2.1基本操作方法4.2.2模型路徑記錄與回放4.3虛擬裝配演示4.4自動約束定位技術第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.2.1基本操作方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造11平移以選擇、平移、旋轉等操作實現模型的組裝和調整裝配效率精度可操作性選擇旋轉第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.2.1基本操作方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造12點擊高亮框選高亮命令輸入高亮選擇移動修改刪除&&交互反饋碰撞檢測第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.2.1基本操作方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造13

//鼠標左鍵點擊時觸發if(Input.GetMouseButtonDown(0)){//射線從鼠標當前位置發射Rayray=Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);RaycastHithit;//檢測射線是否與物體發生碰撞if(Physics.Raycast(ray,outhit)){//如果物體被點擊，獲取該物體的Renderer組件objectRenderer=hit.transform.GetComponent<Renderer>();if(objectRenderer!=null){//保存物體的原始顏色originalColor=objectRenderer.material.color;//改變物體的顏色為高亮顏色objectRenderer.material.color=highlightColor;}}}點擊高亮右鍵點擊選中，左鍵取消第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.2.1基本操作方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造14

//鼠標左鍵按下時開始框選if(Input.GetMouseButtonDown(0)){isSelecting=true;startMousePosition=Input.mousePosition;//記錄起始鼠標位置}//鼠標左鍵釋放時結束框選if(Input.GetMouseButtonUp(0)){isSelecting=false;//計算框選區域RectselectionRect=GetSelectionRect(startMousePosition,Input.mousePosition);SelectObjectsInArea(selectionRect);}

//檢查物體是否在框選區域內if(selectionRect.Contains(screenPos)){selectedObjects.Add(renderer);renderer.material.color=highlightColor;//高亮顯示選中的物體}框選高亮右鍵點擊拖動，松開完成框選第4章裝備虛擬裝配關鍵技術4.2.1基本操作方法戰略性新興領域教材建設團隊-重型高端裝備制造15

//當按下回車鍵時，執行查找并高亮物體的操作if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Return)){HighlightObject(objectNameInput.text);//獲取輸入的物體名稱}

voidHighlightObject(stringobjectName)