塔式起重机仿真模拟操作培训系统以塔式起重机为原型、采用虚拟现实技术构建了塔式起重机虚拟工作场景与三维可视化的VR虚拟仿真资源，通过虚实结合方式，对塔机的操作规程、基本结构、拆装、操作进行虚拟仿真教学及考核。
1. 塔式起重机仿真模拟操作培训系统建设内容
塔式起重机仿真模拟操作培训系统主要涵盖塔机结构、塔机拆装、塔机操作、模拟考核及天气模拟等模块。
1.1 塔机结构
采用引导观看、自由观看、部件展示等三种方式引导使用者认知塔机的结构；
1.2 塔机拆装
使用者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；
1.3 塔机操作
使用者通过操作塔机联动台的按键和操作杆，按照规则要求在虚拟场景中完成定杆停放、转杆撞木等操作训练。
1.4 模拟考核
为了检验学习成果，设置了简单的考核项目，能够为培训人员提供较为客观的考核结果，培训人员可根据考核结果重点训练自身的不足之处，缩短整个培训周期。
1.5 天气模拟
主要模拟晴天、雨天、雪天等三种天气。
2. 塔式起重机仿真模拟操作培训系统开发
塔式起重机仿真模拟操作培训系统的开发主要分为软件系统开发、硬件系统开发以及软硬件安装调试等几部分。
2.1 软件系统
塔式起重机仿真模拟操作培训系统的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。软件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HTC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操作培训系统是基于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
硬件系统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，完成对塔式起重机仿真模拟操作培训系统知识模块的选择。
硬件系统的开发主要是HTVVive设备功能的开发和塔机联动台的数据通讯。HTCVive设备的开发包括头盔和手柄功能两部分，头盔是实现场景的深度沉浸，手柄的功能是选择和退出场景，采用SteamVRPlugin作为HTCVive的开发插件。数据通讯是实现整个塔式起重机仿真模拟操作培训系统虚拟结合操作的核心，通过数据采集控制器完成计算机请求命令发送与下位机数据处理回信之间的数据通讯，获取塔机联动台的操作杆、物理按键的开关状态，将开关状态传输到虚拟现实平台中，实现与虚拟图像的互动操作，完成塔机虚拟的主运动仿真。
2.3 塔式起重机仿真模拟操作培训系统的安装调试
塔式起重机仿真模拟操作培训系统的安装调试是使计算机能够实时的采集和处理硬件设备输出的信号，在虚拟现实平台上完成模拟培训，其主要包括三个部分：一是HTCVive设备的调试；二是塔机联动台-数据采集板-计算机模块的数据通讯；三是虚拟现实平台对塔机联动台与HTCVive设备输出信号的处理和应用。
塔式起重机仿真模拟操作培训系统通过直观展现、情景体验、富有感染力的三维可视化VR资源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。
