前言

  在工业设计和制造领域，零部件的拆装技术是一个重要的应用场景，比如我们在工程训练课程中经历的摩托车发动机拆装课程，是机械类学生的必修课程。虚拟拆装系统模拟和仿真了模型的拆装过程，虽然SolidWorks等机械设计软件能够解决特征配合的装配方式，但交互性不足。我们在Unity虚拟引擎中建立一个交互式拆装训练系统，拆装操作简单，并有图文引导提示，适合学习者了解拆装过程。

  如果一个拆装项目要实现比较完善仿真功能，比如需要仿真实体特征、装配精度等，则需要进行更加详尽的架构设计。但如果仅仅实现基本功能，且项目要在短时间（一周）内完成，那么按我目前的想法写下本专栏的笔记，大致可以完成。

1. 系统总体设计

  完成整个系统大约要完成下图中这些工作，*为加分项。核心模块为3D模型的准备以及拆装功能的实现，这两个部分后面会详细说明。

2. 装配功能实现的详细设计

  2.1 装配顺序

  发动机模型的包括活塞、曲柄、离合器等几大部分，零件数量有200多个，彼此存在依赖关系，因此需要根据其构造和原理，安排拆装工序。按发动机功能区域分，可以讲拆装顺序分为如下图的装配分组，其中每个子装配体都包含了若干零件，因篇幅有限，仅展开比较重要的变速箱装配体：

  在系统设计过程中，模型按上图的分组建立子装配体，并先分别完成每个子装配体，最后总装。

  2.2 装配思想实现的难点

  （1）碰撞干涉问题

     虚拟世界中需要模拟实体零件的特性，否则容易发生零件穿透失去真实的效果。可以旋转Unity系统中较常用的几种碰撞器来制造碰撞效果，但这里需要注意几个问题：

    1）如果使用MeshCollider包围整个零件表面，碰撞效果比较真实，但是系统资源占用较大，尤其是齿轮这些三角面较多的模型；

    2）如果使用BoxCollider这类碰撞器时，容易造成视觉上还未碰到模型，而已经产生碰撞效果的现象，不复合现实世界客观规律。可以使用下图分段式碰撞器包裹物体的方式，系统资源消耗较少，又有MeshCollider的效果。

  

  （2）装配路径约束

    发动机装配中，大部分都是轴向装配路径，因此需要对孔和轴之间的配合进行约束，以体现实际装配中的方位和路径。考虑用采用以下方法：零件在当前位置O时，可以自由移动；当拖拽到轴端面位置时，制定一个零时位置T，从这个位置向目标位置P移动时，锁定y,z方向，约束零件在轴方向上移动。

  （3）零件装配过程的流程设置

    下图是大致的装配动作实现过程，其中没有考虑的问题有：

    1）判断装配方向；

    2）装配完成后，父子关系改变（如果后续需要通过运动执行来演示装配效果，就需要考虑这个问题）；

    3）装配工具选择（背包）；    4）游戏奖励制度。

    这些可以在制作过程中预留接口，以便于后期扩展。

    

3. 场景实现中的难点与解决

  3.1 相机控制

    在场景中，相机会有多种应用要求，比如在实现场景漫游功能时，需要以第一或第三人控制的方式，让相机实现360°场景旋转。但在装配过程、教学认知过程中，都需要相机在小范围移动，或干脆固定不动，解决的方法有很多种，比如：

    1. 载入不同场景实现不同功能

    比如漫游为一个场景，装配功能放在另一个场景，通过场景间的切换实现不同功能。

    2. 建立多个相机，通过改变相机的Depth数值，切换主副相机。UI可以建立专门的UI相机。

    

    另外，在装配场景中，可以将相机旋转中心设置为装配体的位置，让相机始终跟随装配体旋转和移动。

  3.2 零件的拖拽和旋转

    首先要建立零件的层（Layer），只有在这个层里的物体才会被鼠标射线选中拖拽，防止其他物体干扰；其次，使用鼠标射线拖动和旋转的代码很多，借鉴一下大神们的基本都没有问题。

  3.3 装配位置提示

  考虑实现是功能是：当选中一个零件准备装配时，这个零件的正确装配位置会有一个同样的零件形象忽明忽暗地提示，如下图1。大致的思想如下图2。

     

总结

  在制作过程中还有一些小细节需要不断完善，比如需要规范管理那么多种类的文件、UI的层叠结构等，在本专栏中的后续文章会有过程记录。