目录
[1. 145分钟的目标](#1. 145分钟的目标)
[1.1 基本任务：场景搭建与基础交互实现](#1.1 基本任务：场景搭建与基础交互实现)
[1.2 核心任务：工业设备数字化呈现与交互模拟](#1.2 核心任务：工业设备数字化呈现与交互模拟)
[1.3 拓展探索任务（选做，按需开展）](#1.3 拓展探索任务（选做，按需开展）)
[1.4 任务一览](#1.4 任务一览)
[2. 引擎及资源介绍](#2. 引擎及资源介绍)
[2.1 引擎界面及操作方法](#2.1 引擎界面及操作方法)
[2.2 资源介绍](#2.2 资源介绍)
[3. 任务步骤1：场景搭建与基础交互实现](#3. 任务步骤1：场景搭建与基础交互实现)
[3.1 搭建基本场景](#3.1 搭建基本场景)
[3.2 UI交互](#3.2 UI交互)
[4. 任务步骤2：工业设备模拟](#4. 任务步骤2：工业设备模拟)
[4.1 设备介绍](#4.1 设备介绍)
[4.2 主轴控制------在场景中如何控制旋转](#4.2 主轴控制——在场景中如何控制旋转)
[4.3 溜板控制------在场景中如何控制平移](#4.3 溜板控制——在场景中如何控制平移)
[5. 拓展性任务：物流单元虚拟调试](#5. 拓展性任务：物流单元虚拟调试)
[5.1 物流调试要实现的功能](#5.1 物流调试要实现的功能)
[5.2 物流单元涉及到的设备及信号传输链路](#5.2 物流单元涉及到的设备及信号传输链路)
[5.3 机械臂抓取逻辑](#5.3 机械臂抓取逻辑)
[5.4 实践过程](#5.4 实践过程)
[6. 最后------打包运行](#6. 最后——打包运行)
1. 145分钟的目标
1.1 基本任务：场景搭建与基础交互实现
- 场景个性化搭建：完成博物馆、工厂、办公室、卡通风格、乡村等任一主题场景的构建（室内 / 室外场景不限），并依据场景主题添加植物、家具、工业设备等匹配元素，完成场景视觉体系的基础搭建。
- 场景漫游功能实现：为场景集成第一 / 第三人称漫游控制器，调试移动、旋转速度以适配交互体验。
++细节要求++ ：加入系统UI 交互模块，通过 "系统提示"、"退出系统" 等按钮 + 文字组合控件，实现基础交互逻辑；
1.2 核心任务：工业设备数字化呈现与交互模拟
- 典型机床设备介绍：选取教材中普通车床、普通铣床、钻床、磨床、CNC 等机床设备之一，在场景中合理排布。并从设备作用、结构组成、工件装夹方式、典型加工工件案例等维度完成至少 3 项核心信息的文字介绍，++至少介绍3项以上++。
++细节要求++：悬挂安全操作规程；
- 工业设备模拟实现：①加入旋转脚本 ，通过按键操控机床主轴 / 操作手柄的旋转动作；②加入平移脚本，通过按键实现车床溜板箱、尾架等部件的平移动作。
++细节要求++ ：加入文字UI，使用为用户提供"操作提示"；
1.3 拓展探索任务（选做，按需开展）
拓展功能（可尝试）------物流单元虚拟调试：传送带引擎+传送带+传感器+机械臂的空间布局逻辑，完成基本节拍调试和基础逻辑认知。
1.4 任务一览
2. 引擎及资源介绍
2.1 引擎界面及操作方法
Unity 引擎虽功能复杂，却是虚拟场景类软件中操作门槛较低的，本课程无需掌握复杂编程与操作，所有功能均通过预制体拖拽、参数调整即可实现。
Unity引擎界面如下： 
基本工具及操作方法：
* 注：请在课程操作中多点击"运行"按钮，及时发现问题！
2.2 资源介绍
- 资源位置
- 基本任务------场景搭建需要使用到的资源
（1) 第一/第三人称控制器，用于实现场景漫游；
（2）建立基本场景所需的3D模型；其中，完成"工业设备模拟" 、"物流传送虚拟调试"等任务所需要的模型在"2-工程场景"中；
（3）"4-材质颜色"中的材质，可以用于修改模型的表面颜色，点住一个材质，直接拖到物体表面上即可；
（4）"5-文字介绍及帮助UI"和"6-系统UI"，用于场景中的提示文字和系统按钮，直接拖入Hirarchy即可
（5）145分钟任务中所需要使用的所有程序都在这里
3. 任务步骤1：场景搭建与基础交互实现
3.1 搭建基本场景------实现漫游
- 建立地面Plane，并将其放到合适的位置（0，0，0）、缩放到合适的大小和修改表面材质。
删除场景自带的"Main Camera"，因为第一/第三人称控制器已经有Main Camera了
并且将第一/第三人称控制器拖入Hierachy列表中。注意:第一/第三人称控制器不能成为任何一个对象的子节点，并且第一/第三人称控制器在整个场景中，有且只能有一个！！！
（位置：Assets>0-人物）
尝试运行一下，可以在Game面板中查看运行结果------
使用"W、A、S、D"按键或"上、下、左、右"箭头控制人物/视角的向前、向后、向左、向右；使用"Space"按键控制人物跳跃；使用鼠标左滑、右滑控制视角向左、向右转向；使用鼠标上滑、下滑控制抬头、低头。
如果调试感觉不舒服，比如行走速度太慢、转向太快，可以在这里修改：
- 如果建立室内场景，需要加入"Assets->1-3D模型->1-1建筑"中的房子模型，因为这些房子是双面材质，其他单面材质的房子不一定能用。加入房子后，需要对房子的位置、大小和表面材质做调整。
如果室内光线较暗，可以在室内增加区域光：Hierarchy空白处点右键->Light->Directional Light
->
->
- 加入设备机床、工厂设施等3D模型。
选中"Assets>2-工程场景->2-1机床及配件"文件夹中预制的模型，拖到Scene窗口中，并根据工厂的大致结构， 使用Scene窗口中的"移动"、"旋转"等工具，合理排布设备、标识、物料等工厂设施（没有硬性要求，合理即可）。
细节要求：在场景中加入要介绍的设备：可以从"Assets>2-工程场景->2-1机床及配件"中选择。并且在设备后面的墙上挂上相应的设备安全使用规程（"Assets>3-安全操作规程图片"）。
3.2 UI交互-信息介绍面板
使用 "5-文字介绍及帮助UI"文件夹中的"文字UI"，将它拖到需要介绍的设备附近。这些"文字UI"可以随处放在场景任何地方，并可以放置多个，用于设备介绍、操作提示等。
这个"文字UI"包含了"文字部分"和"按钮部分"。
在Hirarchy窗口中打开这个"文字UI"前面的箭头，可以看到它的结构如下图：
可以单独选中"背景"节点，将文字位置调整到设备旁边，可以单独选中"按钮"节点，将按钮位置调整到鼠标容易点击的位置。
怎样修改文字内容？可以分别选中"标题文字"和"内容文字"，在它们的Inspector面板中修改，如下图。
可以对设备做"设备作用、结构组成、工件装夹方式、典型加工工件案例"等方面的介绍。整个场景可以放置多个"文字UI"。
在运行时，文字不会立即显示，而需要用鼠标点击按钮时才会显示，当鼠标离开按钮时，文字就会消失。
4. 任务步骤2：工业设备模拟
接下来，开始使用脚本、参数来控制场景运行规则
4.1 主轴控制------在场景中如何控制旋转
- 先理解装配体的概念
一台设备的装配体是由多个零件及子装配体构成的，这里看到的Hirarchy中的结构就是有父子关系的装配结构。
首先要找到需要控制的部分，比如：
但是这样还不够，你可以用鼠标拖拽移动它试试：
被拖出来的零件，可以按"Ctrl+Z"回退
重新选择父节点，这样就选中了，整个三爪卡盘的装配体了。
- 挂旋转脚本：鼠标左键按住旋转脚本，拖到到三爪卡盘的装配体节点上，放手
并可以在右边Inspector上修改旋转轴、速度和开关按钮：
这个旋转脚本可以拖到场景任何需要旋转功能的物体上。
（*拓展读物：脚本怎么写？旋转的原理是什么？详情请点击传送门：小程序1--旋转的圣诞树 ）
- 增加细节：这里可以加入一个文字UI，放置在设备旁边，用于提示用户操作方法
4.2 溜板控制------在场景中如何控制平移
平移运动与旋转的运动一样，也是虚拟世界中最基本的运动。
和"旋转"的方法一样，我们可以在机床上，找到溜板箱的整个装配体，加载平移脚本，并在Inspector上修改必要参数，实现溜板箱在行程范围内的移动。
修改平移的参数，注意------这里的起始位置和终止位置的大小值不要写反
也可以使用"单向平移脚本"，它的区别在于，移动到限位后不会往回移动，因此，如果需要双向都能控制，可以挂2个"单向平移脚本"，分别用不同的按钮和反向的速度来控制：
注意：速度反向（0.2变成-0.2）意味着方向反向！
（*拓展读物：溜板箱为什么能移动到限位位置就回头？原理可以参考 ：小程序12--溜板箱的平移运动）效果如下图展示：
4.3 机械臂抓取初体验
这里使用机械臂逆解，自动计算出3个自由度的旋转角度，抓取桌面上随机生成的物料。
本任务中涉及到4个单元：机械臂、桌面物料分发器、物料（不需要专门放置，由分发器自动生成）和传送带物品收集箱（非必要）。它们之间的运行过程是：由桌面物料分发器自动生成物料->放置在桌面上的随机位置->通知机械臂抓取->机械臂通过逆向解算物料位置->机械臂抓物料->机械臂通知桌面物料分发器抓取动作已执行完成->桌面物料分发器再次生成新物料
这里我们在场景中放置3个物体：机械臂、桌面物料分发器和传送带物品收集箱（非必要）。
（资源路径:Assets->2-工程场景->2-3机械臂）
将三者放置在场景中，并调整它们的位置，距离需要接近一些，至少需要调整在机械臂的抓取范围内。
需要设置桌面物料分发器的参数------ 将机械臂节点，拖入桌面物料分发器的RobotArm参数中。
5. 拓展性任务：物流单元虚拟调试
5.1 物流调试要实现的功能
5.2 物流单元涉及到的设备及信号传输链路
一个物流单元所涉及到的设备较多，信号传输路径如下图------
这里涉及到用于运输的传送带、机械臂，用于控制传送带开关和速度的控制引擎，以及用于感知工件信号的传感器，用于自动放置工件到传送带上的传送带物料分发。为了协调这个复杂的过程，需要设置若干个信号传输标志，来表示"传感器是否检测到工件"、"传送带是否移动"、"机械臂状态（抓取、抬起、放置、回零）"等状态，整个过程的节拍如下：
其中在机械臂抬起、放置、回零的过程中，传送带继续运行，如果此时传感器检测到新的物料，就需要停止传送带，等待机械臂上一个任务完成后，再继续抓取等待的工件。
5.3 机械臂抓取逻辑
机械臂通过++正向运动学解算++ 和++逆向运动学解算++ 方式，计算机械臂角度与末端（世界坐标的工件）的关系。 
在本次实践中我们使用容易理解的逆向运动学解算（几何法），已知末端（工件）坐标P（X,Y,Z），求解3自由度机械臂各关节的角度θ1、θ2、θ3
但在实际机械臂模型中，并不是所有的自由度都如图中的理想模型，各关节会有不同程度的位移和偏差，需要根据实际模型进行微调。
5.4 实践过程
- 传送带和引擎
在"2-工程场景"中的"2-2传送带中"，可以找到传送带的预制体，根据需要自由拼接传送带。
传送带的速度、方向、停或动，需要引擎来控制，将传送带控制引擎拖入场景中，这个引擎已经包含了传送带控制的脚本，需要将所有的传送带都放入列表中。
- 传感器
用于检测传送带上是否有物料经过，它包含了一个红外线发射点和接收点，需要将两者放置在传送带内侧。
当有物料经过传感器时，传感器需要通知传送带引擎停止所有传送带，需要通知机械臂可以抓取物料，还需要通知物料分发器，停止在传送带上加载新的物料，因此传送带脚本中需要加载这3者参数。
- 传送带物料分发器
用于自动向传送带加载物料，需要设置的是"分发点的位置"和发放物料的节奏（间隔）------"LoadRate"
- 机械臂
从"2-工程场景"-"2-3机械臂"中选择一个机械臂拖入场景合适的位置，需要注意的是，机械臂不能旋转方向！！
机械臂的装配结构如下，关节1是关节2的父节点，关节2 是关节3的父节点，因此在控制各关节时涉及到本地坐标和世界坐标的转换。
在"5.3 机械臂抓取逻辑"中解释了几何法逆向解算关节角度的原理，但实际情况与理想情况不同，关节1、2、3不一定会在同一直线上，因此在实际控制中，在计算后还需要根据各个关节的实际偏差调整偏置。
- 传送带物品收集箱
收集箱只需要调整位置，能够准确接住机械臂放置的物体即可，它唯一需要调整的参数是箱内的容量，当设置为5时，表示箱中最多能容纳5个物料，当超过5个时，最早放入箱中的物料将会消失。
6. 最后------打包运行
在打包之前，我们可以将这个APP做地更完善一些。一个合格的工程场景软件，需要在场景中为用户提供"操作提示"、"退出系统"等用户交互按钮。
找到"6-系统UI"文件夹，选择一个喜欢的风格，直接拖入Hierarchy空白处；
如果希望修改提示文字，可以选择"其他提示文字"节点，在右侧的Inspector中修改文字内容
最终将整个APP打包成为可运行的EXE文件，在此之前先保存，然后选择File->Build Settings，点击Add Open Scenes按钮，将当前场景添加到打包框中。（注意，如果这个框内已经存在了其他场景，请先选中并按Delete按键删除！总之，务必确保一定要将你自己的场景加入到框中。）
选中D：盘->新建一个文件夹->修改一下这个文件夹的名字
按下"选择文件夹"按钮
接下去，系统会自动将所有工程文件打包到选中的文件夹中。
第一次打包时间略长。
打包后的文件夹如下------，打包后的文件一般有5-6个，如果需要放到其他电脑上运行，需要将这些文件全部带走。
如果需要将整个工程文件发送到网盘或者邮箱，可以选中所有的文件后，点右键->添加到"工程场景数字化打包.rar"，最后可以发送这个压缩包。
发送之前，先检查一下，这个rar文件的大小，如果小于20,000KB，请重新压缩（有可能没有选中所有文件）。
当前场景导出后，运行时默认的窗口大小为1920*1080，如果你觉得这个大小不合适，比如你要运行这个APP的显示器更大或者更小，可以按下左下角的PlayerSettings按钮，在弹出的Player面板->Resolution and Presentation中修改"全屏（Fullscreen Window）/窗口（Window）"模式，当选择窗口（Window）模式时可以在下方输入框中输入屏幕的分辨率。
* 如果打包后，又对场景做出任何修改，需要重复这个打包过程，重新导出。