基于反饋力的觸覺渲染虛擬裝配系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計及工藝規(guī)劃中,一個產(chǎn)品從圖紙到實體零件,再到組裝完畢的成品是一個繁瑣而又漫長的過程,中間任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都有可能造成產(chǎn)品返工、報廢,甚至導(dǎo)致整個研發(fā)過程失敗而推到重來。在現(xiàn)實的生產(chǎn)過程中錯誤是難以避免的,因此縮短整個機(jī)械設(shè)計的流程,盡可能地降低出錯成本顯得尤為重要。隨著對機(jī)械裝配效率的逐步重視,虛擬裝配等新技術(shù)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用于生產(chǎn)實踐的各個環(huán)節(jié),并且已經(jīng)取得了非常好的效果,但是也存在著專業(yè)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)困難等缺點,因此降

2、低虛擬裝配的復(fù)雜度成為一個十分迫切的需求。隨著觸覺渲染技術(shù)(利用反饋力向用戶傳遞觸覺信息)的興起,為虛擬裝配注入了新的“血液”,這種最自然的人機(jī)交互方式使得虛擬裝配的效率又上了一個新臺階,在虛擬裝配領(lǐng)域具有廣闊的前景。
　　本文圍繞如何搭建一套觸覺渲染虛擬裝配系統(tǒng)展開研究:首先根據(jù)觸覺渲染超高刷新率的特點,設(shè)計了程序的整體框架。接著,分析了現(xiàn)有觸覺渲染引擎在虛擬裝配應(yīng)用上的缺陷,并設(shè)計了一套適用于虛擬裝配的“體-體”觸覺渲染系統(tǒng)。

3、最后,使用真實的虛擬裝配實例對本系統(tǒng)的實用性進(jìn)行驗證。主要工作如下:
　　(1)從整體上設(shè)計了觸覺渲染虛擬裝配系統(tǒng)的框架,通過模塊化設(shè)計保證了系統(tǒng)在執(zhí)行較為復(fù)雜的圖形算法的同時又能以較高的頻率刷新力反饋設(shè)備。設(shè)計了用于組織虛擬裝配場景的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),使場景數(shù)據(jù)便于在圖形渲染模塊和觸覺渲染模塊之間共享。將對觸覺渲染效果至關(guān)重要的碰撞檢測算法從整體框架解耦,使得系統(tǒng)的擴(kuò)展性大大提升。
　　(2)分析了現(xiàn)有的“點-體”式觸覺渲染引擎在

4、虛擬裝配應(yīng)用上的缺點,設(shè)計了一套適用于虛擬裝配的“體-體”式觸覺渲染系統(tǒng),針對“體-體”式觸覺渲染的特點,改進(jìn)了反饋力生成過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù):God-Object算法、Force Shading算法、動態(tài)場景觸覺渲染等。對于“體-體”式觸覺渲染需要面對的新問題,比如動態(tài)碰撞檢測,提出了改進(jìn)方案。
　　(3)最后,用一個常見的虛擬裝配場景(將一個齒輪安裝到夾具上)驗證了該系統(tǒng)的有效性。實驗表明,將力反饋技術(shù)運(yùn)用于虛擬裝配之后,能