基于3DMAX与EONStudio的力学虚拟实验室设计
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作者: 聂炬
摘 要： 力学虚拟实验实现了实验结果的仿真以及实验仪器三维模型及操控的真实再现，补充了现实的实验设备与技术，使得实验力学问题可以进行预实验和数据处理方法分析，大大提高了力学实验的高效性。根据仿真实验的实验原理，发展相应的实验模拟算法进行计算，将实验结果转化为图像或曲线显示出来。虚拟实验仪器的实现，首先用3DMAX软件建立实验仪器的三维仿真模型，然后将结果输入到EON Studio软件中进行模型操控的逻辑关系编辑和脚本语言控制。虚拟仪器的操控方式与实验结果仿真统一设计，这样参数计算时可以通畅高效的进行。
关键词： 虚拟实验； 基础力学虚拟实验室； Ⅱ?型裂纹扩展； 应变
中图分类号： TN911?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）19?0153?04
Abstract： The mechanics virtual experiment realized the simulation of experiment results and true representation of experimental instrument′s 3D model and control， supplemented the practical experimental equipment and technology， so the mechanics experiment problem can be analyzed with pre?experiment and data processing method to improve the efficiency of the mechanics experiment greatly. According to the experiment principle of the simulation experiment， the corresponding experimental simulation algorithm was developed for calculation， and the experimental results were converted into image or curve for display. The 3DMAX software is used to establish the 3D simulation model of virtual experiment instrument. And then the results are input into EON Studio software for logical relationship editing and script language control of model control. The control method and experimental results simulation of virtual instrument are designed uniformly to ensure the high?efficient parameters calculation.
Keywords： virtual experiment； virtual laboratory of basic mechanics； Ⅱ?type crack propagation； strain
0 引 言
虚拟实验系统在实现技术上必将形成多种技术相融合，优势互补的局面。虚拟实验系统的构建上应该研究如何使虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果[1]。在设计与开发方面，体现在对实验元件、实验环境和实验现象进行模拟，处理好虚拟环境与用户之间的交互，实现多用户的并发协同操作等方面。使用某个单一技术构建虚拟实验系统，在某些方面有优势，在另一方面必然存在不足。优秀的虚拟实验系统应将多个技术相融合开发，优势互补[2]。
设计的力学虚拟实验室系统将具备两个突出的特点：
（1） 虚拟实验的真实性，力学虚拟实验系统中各种实验方法除实现实验结果的仿真外，还实现了实验仪器的真实再现和操控，操作者在此系统上进行实验，除了用鼠标代替手进行操作外，与真实实验几乎没有区别；
（2） 力学虚拟实验的系统化，本文中的力学虚拟实验系统包含了实验力学中电测、光测的基本方法的研究，操作及界面统一，是一个比较完整且成熟的实验力学研究及教学的工具[3?4]。
1 虚拟实验的实现思路
1.1 实验结果模拟
虚拟实验的实验结果模拟是实验模拟中最为重要的一部分，实际的力学实验中是通过实验图像分析试件的位移场或应力场，但虚拟实验需要得到和显示实验图像，考虑到实验结果的真实性，以及实验场景和参数的复杂随机性，实验图像要计算得到而不能用实际实验数据代替，那么如果将实际实验的顺序倒过来，由试件的位移场或应力场计算得到实验图像，将实验参数参与计算，考虑不同实验状态到算法中，即可得到真实的实验结果了[5]。
1.2 实验仪器模型及操控模拟
实验结果的真实模拟和实时计算是虚拟实验的良好基础，紧接着就要实现虚拟实验场景的真实性与人机交互性。实验仪器的三维模型制作主要用3D Studio Max软件实现[6]。
3D Studio Max软件可以制作复杂形状物体的三维结构图，不仅可以完全按照实验中仪器的三维尺寸来制作，并且可以直接导入模型到EON Studio（制作实验可操作化的软件），继续编辑模型的操作。用VB软件将实验的结果计算与实验的人机交互结合起来，并加入人性化的系统界面，成为一个包含多个实验的虚拟实验室系统[7]。将实验结果计算程序翻译成C语言，VB将其调用，将EON嵌套在VB里，与程序进行输入计算与输出，并且增加相应的操作按钮如显示图像和保存图像，对实验图像进行调用，另外，加入实验介绍窗口及返回等按钮以及制作系统主界面，增强虚拟实验室系统的可读性和丰富性[8]。 参考文献
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[2] 顾志旭，郑坚，彭威，等.二维粘弹性不可压分析在扩展有限元中的实现[J].固体火箭技术，2013（5）：626?631.
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[8] JIN H， LU W Y， KORELLIS J. Micro?scale deformation measurement using the digital image correlate on technique and scanning electron microscope imaging [J]. Strain analysis for engineering design， 2008， 43（8）： 719?728.
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