消失模铸造虚拟车间教学平台利用虚拟现实技术为学生构建了一个逼真的虚拟实验场景，操作人员可以在沉浸式虚拟环境中体验整个消失模铸造生产流程，并且能够与虚拟场景中任意对象进行一系列的交互，使其能够主动地学习知识和掌握操作技能。不仅激发了学术的创造力和想象力，而且能让学生主动地获取知识，辅助老师完成实验课程知识和实践经验的传授，弥补了高校消失模铸造实验课程体系的不足。
1. 消失模铸造虚拟车间教学平台组成
消失模铸造虚拟车间教学平台通过模拟真实消失模铸造车间生产环境、设备和生产操作流程，让学生不仅可以看到生动逼真的实验现场和设备，借助交互设备还能与虚拟场景对象进行一系列的沉浸式交互。整个消失模铸造虚拟车间教学平台包含教学演示、操作训练、实验报告和平台设置四个模块。
1.1 教学演示模块
在操作前，学生通过查看教学演示模块的动画内容，结合语音和文字的提示。初步掌握消失模铸造的实验流程。
1.2 操作训练模块
学生进入操作训练模块，即进入消失模铸造生产车间虚拟场景，通过键盘和鼠标的各种操作，可以实现场景漫游，开关操作，设备和产品展示，泡沫切割，铁水浇注等一系列功能。另外，连接 HTC Vive 头盔套件，学生沉浸在虚拟场景中，通过手柄控制器的各种按钮，不仅可以直接操控虚拟物体，还能感觉到反作用。学生完全沉浸其中、投入热情，完成通常繁琐枯燥的消失模铸造实验。
1.3 实验报告模块
老师账号登录，在试题库中进行选题，还可自己出题，发放试卷，阅卷。学生学号登入在规定时间内进行答题，提交试卷。查看并打印成绩。
1.4 平台设置模块
平台设置包含界面风格类型设置、 语音文字设置、 观察模式选择（3D模式和非 3D 模式）、视角选择（第一人称视角和第三人称视角）等。
2. 消失模铸造虚拟车间教学平台设计
消失模铸造虚拟车间教学平台设计主要涵盖场景和模型开发、交互设计与实现、发布与展示等3大模块工作。
2.1 场景和模型开发
三维模型和场景是整个消失模铸造虚拟车间教学平台的基础，它直接影响了虚拟环境的真实度。利用三维建模软件中建立EPS、实验室、泡沫、泡沫预发机、金属模具、蒸汽缸、泡沫模样、涂料、泡沫切割机、棒胶、干燥箱、干锅电炉、浇包、沙箱、三维振动台、废气处理机、电机等设备场景的1:1比例模型。模型建立之后，对导出的 STL 模型网格数据进行优化处理。再导入 3DMax 中赋予材质、纹理，调整灯光等参数，对模型进行烘培渲染处理，最后转换成 FBX 格式的模型数据存档输出。
在虚拟场景中，材质是利用模型表面的光反射特性使模拟呈现出特定物理视觉效果， 3DMax 中最基本材质是使用三种颜色来构成对象表面：环境光颜色、漫反射颜色、高光颜色。使用三种颜色及对高光区的控制，可以创建出大部分基本反射材质。另外，使用材质贴图可以实现模具、干锅电炉等模型表面的凹凸、金属效果。
2.2 交互设计与实现
交互设计与实现是整个消失模铸造虚拟车间教学平台的关键部分。在 Unity3d 中，交互动作的实现主要是通过程序脚本编程实现。 Unity 支持多种编程语言（C#， Java Script 等），消失模铸造虚拟车间教学平台使用的是更加灵活高效的 C#编程语言。通过一些外部交互设备（鼠标、键盘、手柄等）的程序接口进行编程，实现学生与虚拟环境的一系列交互行为，如漫游、开关、动画控制、视角切换、按钮点击等。消失模铸造虚拟车间教学平台实现了以下两种交互方式。
（1） PC+鼠键交互。学生在工作电脑上通过鼠标和键盘与虚拟系统中的 UI 按钮或组件进行交互，这种交互方式是最方便有效的。平台主界面有“教学演示”、“操作实训”“实验报告”“评语设置”和“退出”五个 UI 按钮，学生用鼠标左键点击这些按钮，系统将快速跳转到相对应的模块。鼠标右键用于控制虚拟场景中的观察视角，实现实验室的无死角查看。鼠标的中建（滚轮）控制视角的远近，从而实现对干锅炉、模具等设备的近距离细节观察。通过鼠标左键点击“向右”按钮将出现系统的文字和图片信息， 再次点击将将隐藏文本提示框。为了引导学生的正确实验操作，操作下一个步骤前将会有文字和特效提示，比如：当泡沫切割机的电源开关忽亮忽暗时，表示下一步是用鼠标点击该开关进行对开关的控制。这种引导式的交互设计对学生快速了解消失模铸造流程具有重要作用。
（2） PC+HTC Vive 手柄交互。高性能电脑连接 Vive 头盔套件，在 Unity3d 虚拟现实引擎中，使用 Steam VR Plugin 插件提供的 Unity+HTC Vive 开发接口，编程实现两个手柄控制器与虚拟场景的交互操作。学生带上 Vive 头盔，使其完全沉浸在消失模铸造虚拟车间场景中，在现实中走动，转动头部，虚拟场景也会跟出现对应的动作。手柄的菜单键对应系统的四个模块，通过按下另一只手柄的触摸板发射射线并扣动扳机进入选中的模块。学生进入教学演示模块，将看到整个消失模铸造流程，感觉就像在生产车间实习，通过按下一只手柄的触摸板将发射射线，移动到指定位置，视角将会瞬间移动到该处，实现场景自主漫游。移动到设备或零件前，用手柄触碰铸件等物体，铸件高亮显示，手柄产生震动反馈，此时根据提示信息（声音和文字）按下抓取键，实现对铸件的“拿起”。这种沉浸式的实验场景加上一系列的“真实”操作，将激发学生的学习兴趣，主动地完成消失模铸造实验的实验认知和操作。
2.3 发布与展示
Unity3d 可以发布在 Windows、 IOS、 Android、 WebGL 等平台，以发布在 Windows 64 位系统上为例， unity 发布成功后生成一个 EXE 运行文件和一个文件夹数据。只要拷贝两个文件到学生 Windows 电脑上，无需安装，直接运行EXE文件即可打开虚拟现实系统。运行消失模铸造虚拟车间教学平台，学生通过操作鼠标和键盘实现与虚拟教学系统中实验室场景、模具、射料枪、泡沫切割机、干燥箱、干锅电炉和振动台等设备互动。选择系统的 “3D”功能，实现左右分屏的效果，在 3D 电视或者 3D 投影上展示，学生带上 3D 眼镜，可以呈现 3D 立体效果。更加直观形象的展示消失模铸造的整个流程。连接上 HTC Vive 头盔，在电脑显示屏和 Vive 头盔上显示，学生通过 Vive 头盔使其完全沉浸在虚拟场景中，通过两个控制器手柄实现与虚拟场景中的设备进行交互。 旁观者可以通过电脑显示屏看到学生在虚拟场景中的各种交互动作以及交互后对虚拟现实场景的影响。 消失模铸造虚拟车间教学平台的内容包含车间室内场景、泡沫充型、泡沫切割、蒸模等，
通过消失模铸造虚拟车间教学平台，学生可以完成实验的预习，初步掌握消失模铸造的生产流程；在各种提示信息的引导下完成一系列的交互动作。学生佩戴 3D 眼镜或者 HTC Vive 头盔可以进行沉浸式的学习，给学生带来更加真实的感受。在这种趋近“真实”的环境中，学生将更加主动有效的学习整个实验课程知识，掌握一定的实践技能。在该系统的辅助下，老师能更好地完成实验教学的工作内容。
