[发明专利]航空发动机核心机虚拟认知系统的构建方法

说明书

本发明涉及航空发动机核心机虚拟认知系统的构建方法，包括：建立航空发动机核心机各零部件的精细Nurbs工业模型；通过曲面分割及轻量化处理，得到FBX格式小平面体模型；通过PBR流程设计、烘焙所述FBX格式小平面体模型的PBR材质贴图；制作HDRP渲染管线下的PBR材质球；构建带有PBR材质球的FBX格式小平面体模型，将模型载入Unity，选取HDRP渲染管线，配置光照系统、后处理系统、摄像机系统，搭建航空发动机核心机认知虚拟场景；进行人机交互功能设计和数据驱动的工作参数可视化设计；发布exe可执行程序，得到航空发动机核心机虚拟认知系统；本发明有助于学习者认知发动机核心机零部件结构和工作原理。

技术领域

本发明属于航空发动机虚拟实验教学领域，尤其涉及航空发动机核心机虚拟认知系统的构建方法。

背景技术

航空发动机是飞机的心脏，被誉为现代工业皇冠上的明珠，其设计制造水平一定程度上代表了一个国家的科技及工业水准。航空发动机结构是飞行器动力工程专业学生培养的基础课程，掌握航空发动机核心机结构有助于帮助学生对发动机工作原理及系统的理解，进而辅助航空发动机设计。

现有的发动机核心认知和拆装以图片和实物教学为主，覆盖面窄、局限性大；而现有的发动机认知和拆装虚拟仿真软件场景搭建和模型材质并非基于物理，场景效果真实性低、沉浸感差，同时缺乏对核心机典型工况下的流动模拟及可视化显示。

传统的实物教学过程中存在以下问题：1、航空发动机单台套造价成本高，教学实物有限，无法满足学生覆盖，现场教学效果差；2、发动机结构复杂精细，拆装过程中容易发生磨损与破坏，实物教学维护成本高；3、未拆卸的零部件难以展示其复杂内部结构及连接方式，局限性大；4、装拆过程中涉及多种专用工具，未充分认知工具使用方法将损坏装备并对生命安全造成威胁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机核心机虚拟认知系统的构建方法，引入虚拟仿真技术，采用HDRP高清渲染管线，场景光照与模型材质的实现基于物理，将物理空间的真实场景和物体映射到数字空间来搭建三维航空发动机核心机实验环境，采用第一人称视角漫游场景，可在场景中自主探索，提高虚拟实验的真实性和沉浸感；虚拟仿真投资小、安全性高、覆盖面广、可重复性强，既能自主选择视角、方位及显示方式，使学习者对航空发动机核心机零部件结构充分认知，又能对零部件的典型工况进行可视化显示，辅助对于工作原理的理解。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

航空发动机核心机虚拟认知系统的构建方法，包括如下步骤：

S1：获取航空发动机核心机的设计数据，通过三维建模软件，建立所述航空发动机核心机各零部件的精细Nurbs工业模型；

S2：基于所述精细Nurbs工业模型，通过曲面分割及轻量化处理，得到FBX格式小平面体模型；

S3：基于航空发动机核心机各零部件材质及表面状态，通过PBR流程设计、烘焙所述FBX格式小平面体模型的PBR材质贴图；

S4：基于所述PBR材质贴图，制作HDRP渲染管线下的PBR材质球；

S5：基于所述PBR材质球和FBX格式小平面体模型，构建带有PBR材质球的FBX格式小平面体模型，即航空发动机核心机零部件的写实数字模型；

S6：基于所述航空发动机核心机零部件的写实数字模型，将模型载入Unity，选取HDRP渲染管线，配置光照系统、后处理系统、摄像机系统，搭建航空发动机核心机认知虚拟场景；

S7：进行人机交互功能设计和数据驱动的工作参数可视化设计，编写脚本并配置实现功能的UI界面；

S8：基于所述航空发动机核心机认知虚拟场景，发布exe可执行程序，得到航空发动机核心机虚拟认知系统。