0 引言 
　　虚拟现实利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。把虚拟现实应用于教育将是教育技术发展的一个飞跃。它可以营造“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式[2] [3]。 
　　工程制图是工科类专业重要的技术基础课，它具有很强的抽象性和空间性。教学中使用实物模型有助于学生的空间想象，但由于携带不便、后排同学看不清等缺点导致不能大范围使用。利用虚拟的模型不但携带方便，还可以任意旋转、剖切，大大的提高了课堂效率。本文以Quest 3D虚拟现实引擎[1]为平台，建立具有内嵌数据库支持的工程制图虚拟模型库。该模型库包含了《工程制图》课程常用的各种零件、装配体等，不但可以任意角度、大小观看，而且可以实现交互操作，例如零件的剖切，装配体的拆装等操作。 
　　1 模型库系统的构架及设计流程 
　　研究和开发虚拟模型库的目的在于建立一个展示制图教学模型的虚拟环境，便于教师展示模型，也便于学生对模型进行深入细致的观察和动态交互操作。为实现设计目的，模型库包含的零件种类按照工程制图教材的编排，建立了很多常见的零件及装配体模型。设计的流程如图1所示。 
　　2 虚拟模型库的建立 
　　本节主要对流程图中的关键技术做出说明。 
　　第一步：基本素材的准备。实地测量学校的教学模型陈列室，并用CAD软件制出陈列室的二维平面图。对所陈列零件进行分类整理，拍照存档，向学校借阅零件的图纸。 
　　第二步：模型陈列室的三维模型的建立。将之前所绘制的陈列室二维平面图纸导入3Dmax 2009 中，通过拉伸生成墙体，并封顶。之后再对吊顶，吊灯，地板，陈列柜，门窗等进行建模，并进行后期的灯光和贴图的处理。最终得到的室内和室外效果如图2所示。 
　　第三步：对所陈列的零件进行三维数字建模。除了一些日常所见的简单的几何物体，本系统还收入了箱体类，叉架类，壳体类，钣金件，模具类等各式零件100余种，另外对20种结构较为复杂的装配体进行了三维数字建模。图3为模型库中的齿轮油泵装配体模型。 
　　第四步：模型的导入与导出。零件的建模使用的是由Autodesk公司出品Inventor 2010。但是由该软件导出的文件不能直接导入到Quest 3D中去，能够与Quest 3D实现无缝结合的文件类型是“.X”文件。为了达到这个目的，可将inventor2010所建的模型导入到同为Autodesk公司出品的建模软件3Dmax 2009中，并事前在3Dmax 2009中安装能够将“.max”文件格式转换微软DirectX的“.X”文件格式的插件，这样就能将所建模型导入到Quest 3D中加以应用。另外，在将零件导入到Quest 3D之前，应先对模型的面数进行优化，对一些看不见的和重复的无效面进行删除与合并，面数越少软件所需计算的数值越少，运行速度越高，系统更稳定。 
　　第五步：模型的后期处理。后期处理主要包括表面纹理、阴影、相机视点与配乐的设置。模型的大部分外观都要定义表面属性，包括纹理、材质贴图、融合方式以及透明度。纹理是一个可以包裹在三维形体上的图片，在实时图像处理中，因为计算机性能的原因经常要在显示质量和性能之间权衡。正确的光照对于令人信服的虚拟场景来说是必不可少的。体现在环境中的光照和阴影能给使用者带来视觉上的冲击。模型利用了多种Quest 3D中的虚拟光照技术。例如常用的外部光照、自发光、实时阴影和光照贴图等。在阴影设置方面，模型都采用纹理方片来模拟动态物体的阴影效果。模型的像机从场景出现的那个地方定义视点。选择恰当的像机是非常重要的，因为它会直接影响到使用者体验场景的方式。相机包括第一人称穿行像机和第三人称穿行像机，这两种相机可以实现模型互补观察的作用。在声音设置方面，主要是对拾取、拆装模型的动作进行了设置。 
　　第六步，模型的交互性实现。模型后期处理后即可进行交互设计，Quest 3D实现的室内外交互驱动主要包括对静态的零件模型进行拾取、平移、旋转、缩放操作的驱动设置，这些动作的设置要处理好两方面：碰撞检测与堪寻路径。碰撞检测，主要是利用Quest3D中提供的Collision Object（碰撞物体）和Fast Collision Response（快速碰撞反应）模块对地形和建筑物的碰撞检测。堪寻路径（探路）指在虚拟环境中，依靠许多的分段点或节点来组织安排探路。模型库的探路通过两个信道来处理。第一，3D Graph三维曲线图，它包含了所有节点和路线结构信息。第二，Motion Planning运动计划信道，它通过从当前位置到目标位置的线路结构计算最快的路线。 
　　第七步：成品的发布。模型库在Quest 3D中制作完成之后，根据Quest 3D授权的发布选项进行发布。这样，使用者便可不用安装和使用Quest 3D软件，只需Quest3D阅读器加载并运行模型库。 
　　3 结论 
　　基于Quest 3D的三维交互式制图模型库使用方便，它可以促进高校现代教学方法的改革，提高教学效率，弥补传统教学枯燥、单调的不足。同时，它将学习的过程变得更加生动有趣，使学生更容易接受、理解和掌握工程制图知识。