前言

? 在工業設計和制造領域，零部件的拆裝技術是一個重要的應用場景，比如我們在工程訓練課程中經歷的摩托車發動機拆裝課程，是機械類學生的必修課程。虛擬拆裝系統模擬和仿真了模型的拆裝過程，雖然SolidWorks等機械設計軟件能夠解決特征配合的裝配方式，但交互性不足。我們在Unity虛擬引擎中建立一個交互式拆裝訓練系統，拆裝操作簡單，并有圖文引導提示，適合學習者了解拆裝過程。

? 如果一個拆裝項目要實現比較完善仿真功能，比如需要仿真實體特征、裝配精度等，則需要進行更加詳盡的架構設計。但如果僅僅實現基本功能，且項目要在短時間（一周）內完成，那么按我目前的想法寫下本專欄的筆記，大致可以完成。

1. 系統總體設計

? 完成整個系統大約要完成下圖中這些工作，*為加分項。核心模塊為3D模型的準備以及拆裝功能的實現，這兩個部分后面會詳細說明。

2. 裝配功能實現的詳細設計

? 2.1 裝配順序

??發動機模型的包括活塞、曲柄、離合器等幾大部分，零件數量有200多個，彼此存在依賴關系，因此需要根據其構造和原理，安排拆裝工序。按發動機功能區域分，可以講拆裝順序分為如下圖的裝配分組，其中每個子裝配體都包含了若干零件，因篇幅有限，僅展開比較重要的變速箱裝配體：

? 在系統設計過程中，模型按上圖的分組建立子裝配體，并先分別完成每個子裝配體，最后總裝。

? 2.2 裝配思想實現的難點

? （1）碰撞干涉問題

? ? ?虛擬世界中需要模擬實體零件的特性，否則容易發生零件穿透失去真實的效果。可以旋轉Unity系統中較常用的幾種碰撞器來制造碰撞效果，但這里需要注意幾個問題：

? ? 1）如果使用MeshCollider包圍整個零件表面，碰撞效果比較真實，但是系統資源占用較大，尤其是齒輪這些三角面較多的模型；

? ? 2）如果使用BoxCollider這類碰撞器時，容易造成視覺上還未碰到模型，而已經產生碰撞效果的現象，不復合現實世界客觀規律。可以使用下圖分段式碰撞器包裹物體的方式，系統資源消耗較少，又有MeshCollider的效果。

??

? （2）裝配路徑約束

? ? 發動機裝配中，大部分都是軸向裝配路徑，因此需要對孔和軸之間的配合進行約束，以體現實際裝配中的方位和路徑。考慮用采用以下方法：零件在當前位置O時，可以自由移動；當拖拽到軸端面位置時，制定一個零時位置T，從這個位置向目標位置P移動時，鎖定y,z方向，約束零件在軸方向上移動。

? （3）零件裝配過程的流程設置

? ? 下圖是大致的裝配動作實現過程，其中沒有考慮的問題有：

? ? 1）判斷裝配方向；

? ? 2）裝配完成后，父子關系改變（如果后續需要通過運動執行來演示裝配效果，就需要考慮這個問題）；

? ? 3）裝配工具選擇（背包）；? ? 4）游戲獎勵制度。

? ? 這些可以在制作過程中預留接口，以便于后期擴展。

? ??

3. 場景實現中的難點與解決

? 3.1 相機控制

? ? 在場景中，相機會有多種應用要求，比如在實現場景漫游功能時，需要以第一或第三人控制的方式，讓相機實現360°場景旋轉。但在裝配過程、教學認知過程中，都需要相機在小范圍移動，或干脆固定不動，解決的方法有很多種，比如：

? ? 1. 載入不同場景實現不同功能

? ? 比如漫游為一個場景，裝配功能放在另一個場景，通過場景間的切換實現不同功能。

? ? 2. 建立多個相機，通過改變相機的Depth數值，切換主副相機。UI可以建立專門的UI相機。

? ??

? ? 另外，在裝配場景中，可以將相機旋轉中心設置為裝配體的位置，讓相機始終跟隨裝配體旋轉和移動。

? 3.2 零件的拖拽和旋轉

? ? 首先要建立零件的層（Layer），只有在這個層里的物體才會被鼠標射線選中拖拽，防止其他物體干擾；其次，使用鼠標射線拖動和旋轉的代碼很多，借鑒一下大神們的基本都沒有問題。

? 3.3 裝配位置提示

? 考慮實現是功能是：當選中一個零件準備裝配時，這個零件的正確裝配位置會有一個同樣的零件形象忽明忽暗地提示，如下圖1。大致的思想如下圖2。

?? ??

總結

? 在制作過程中還有一些小細節需要不斷完善，比如需要規范管理那么多種類的文件、UI的層疊結構等，在本專欄中的后續文章會有過程記錄。