塔式起重机仿真模拟器采用软件系统与硬件系统相结合的半实物模拟仿真培训方式，可实现对塔机的操作规程、基本结构、拆装、操作进行虚拟仿真教学。
1. 塔式起重机仿真模拟器的功能
塔式起重机仿真模拟器的功能主要涵盖虚拟仿真模拟培训、虚实交互及考核三部分。
1.1 虚拟仿真模拟培训
塔式起重机仿真模拟培训系统基于塔式起重机行业标准的要求及安全培训的需求，采用虚拟现实技术，构建了塔式起重机虚拟工作场景，同时对塔机操作培训的知识点进行了VR虚拟仿真资源开发，将学员作为虚拟塔机的驾驶员，实现塔机操作场景的深度沉浸，可对塔机结构部件知识、塔机拆卸、塔机操作等进行培训学习；
塔式起重机仿真模拟培训系统采用引导观看、自由观看、部件三维模型展示等三种方式引导学员认知塔机的结构；学员通过观看塔机拆装动画，了解塔机的安装与拆卸过程及注意事项；塔机操作是借助操作塔机联动台，按照规则要求完成定点停放和转杆撞木模拟塔机操作。
1.2 虚实交互
塔式起重机仿真模拟器的虚拟场景能够对学员从塔机联动台发出的命令，做出实时、准确的反应，并对下一步操作进行提示。同时还可以通过HTCVive设备选择塔机培训知识模块。
1.3 考核
塔式起重机仿真模拟培训系统在学员进行实操学习后，通过设置简单的考核项目对使用者进行考核，验证学习成果。
2. 塔式起重机仿真模拟器设计
塔式起重机仿真模拟器的设计工作主要分为软件系统开发、硬件系统开发以及软硬件组合调试等几部分。软件系统通过三维可视化、动画展示、交互操作的VR资源，介绍塔机的理论知识、结构认知、塔机拆装等知识内容。硬件主要是以塔机联动台、HTCVive设备为重点，一方面，塔机联动台塔臂回转、小车移动、吊钩升降档杆以及物理按键输出的开关信号，通过数据控制板的采集、计算机的处理，将信号传输到虚拟现实平台中，操作虚拟塔机进行顶点停放、转杆撞木的培训学习；另一方面，HTCVive设备使人完全沉浸在虚拟环境中，通过设置手柄的功能，能够与虚拟环境主界面进行交互，完成对塔机培训系统知识模块的选择。
2.1 软件系统
塔式起重机仿真模拟培训系统的开发是以塔机操作规章文件为结构框架，通过导入塔机与工作场景模型、设置物理属性、增添交互界面、处理硬件发出的信号，发布出头显版本软件系统。
2.1.1 模型创建
使用3DsMax、SolidWorks软件对塔机结构、工作环境两个部分完成建模。一是塔机结构，主要包含起重臂部件、平衡臂部件、基础节、标准节、套架、回转结构、回转塔身、驾驶室、塔帽等结构模型，按照真实尺寸进行塔机各结构模型的创建，并依据正确的层级关系完成塔机模型的组装及合理摆放。二是场景建模，主要包括建筑物、地面起重机、天空盒、树木、沙堆、道路等，按照要求合理、有序的完成场景建模。
2.1.2 场景驱动
将3DsMax制作完成的三维模型和模型动画通过.fbx格式文件导入到Unity3D虚拟现实平台中，通过C#语言开发完成场景的驱动，具体包括塔机的结构展示、拆装动画的播放，并完成塔臂回转、小车移动以及吊钩升降的运动建模。通过物理建模增加虚拟场景的交互功能，创建水桶在吊钩上摆动的模型，并处理虚拟场景中的天气、声音等仿真效果。
2.1.3 系统开发与发布
塔式起重机仿真模拟培训系统是基于Unity3D开发平台、.NET环境进行开发和发布的。首先，设置友好的人机交互界面，合理、正确的引导操作者培训学习；其次，设置合理的物理碰撞，添加物理属性；最后，系统发布，按照实际需求将软件工程发布成头显版本的软件系统。
2.2 硬件系统
塔机操作模拟培训系统的硬件开发设计是完成虚拟现实软件与塔机联动台、VR头显设备的结合。
首先，按照VR头显设备的安装要求，正确安装VR头盔、VR手柄及定位基站；其次，选择合适的数据采集设备，与塔机联动台上的操作杆、按键等开关正确的接线，通过开关-数据采集板-计算机控制系统完成对塔机联动台的数据采集，并将获取的塔机联动台操作杆、物理按键开关状态等数据传输到虚拟现实软件中，实现与虚拟图像的互动操作，完成塔机虚拟的主运动仿真，并在VR头盔里展示运行效果。
塔式起重机仿真模拟器通过直观展现、情景体验、富有感染力的三维可视化VR虚拟仿真资源与硬件系统相结合，可帮助培训人员条理的培训学习塔机的基础知识、操作规程、操作训练。
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