沉浸式虛擬裝配技術的研究與應用.pdf

1、傳統(tǒng)產(chǎn)品在設計開發(fā)以及工藝規(guī)劃上，需要花費大量的人力、物力、時間。并且制造出的產(chǎn)品在實際裝配過程不可避免地會發(fā)生無法裝配的情況，造成零部件返工、報廢，甚至重新進行裝配工藝規(guī)劃，勢必將延誤開發(fā)周期。隨著近幾年國內(nèi)外眾多學者對虛擬裝配技術的研究越來越深入，研制一套廉價、系統(tǒng)的、全面的沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)成為當前關注焦點之一。這不僅有助于設計人員在虛擬產(chǎn)品開發(fā)的早期就發(fā)現(xiàn)零部件之間可能存在的裝配問題，還能推動國民經(jīng)濟和國防建設的發(fā)展，為今后進一

2、步研究更為復雜的以知識、語義為導航的虛擬裝配系統(tǒng)，人機功效問題等奠定基礎。
　　本文以搭建一個沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)為主線展開，首先依據(jù)沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)的特點，從整體上設計了系統(tǒng)的框架和功能模塊。接著，分析了常用的虛擬裝配技術的原理，并對某些關鍵技術的算法做了改進和實現(xiàn)。最后應用這些虛擬裝配技術，研制了一套沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)。主要工作如下：
　　（1）從整體上設計了沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)的框架，并按功能將系統(tǒng)抽象出三個層次：視圖層

3、，業(yè)務層，數(shù)據(jù)持久層。在視圖層闡述了系統(tǒng)的渲染流程以及相關核心類的設計。同時重點研究了虛擬裝配中的人機交互技術，分析了用虛擬探針模擬三維零部件拾取的原理，研究了Arcball算法并在三維鼠標上實現(xiàn)了視圖旋轉(zhuǎn)、平移、縮放傳感器，研究了使用ART跟蹤球?qū)崿F(xiàn)頭部跟蹤立體顯示的原理，并給出了透視矩陣、視圖矩陣的計算公式；業(yè)務層從宏觀上闡述了虛擬裝配系統(tǒng)中場景節(jié)點的組織方式，以及它們是如何作用于碰撞檢測和路徑仿真功能上；數(shù)據(jù)持久層則概述了場景數(shù)據(jù)

4、在裝配系統(tǒng)中的加載過程以及仿真動畫的存儲方式。
　?。?）從微觀上深入研究了裝配仿真過程涉及到的虛擬裝配技術：碰撞檢測技術、交互式仿真技術。對碰撞檢測算法做了最初的設計以及進一步地改進，推理論證了基于OBB算法的保守快速探測前進的偽動態(tài)碰撞檢測算法。接著，研究了自由移動、沿軸平移、沿軸旋轉(zhuǎn)三種快捷的零部件移動模式并給出它們的變換公式。最后對“可拆卸即可裝配”的路徑仿真原理，做了詳細地分析、設計與應用。
　?。?）論文的最后一