基于虚拟装配的碰撞检测算法研究与实现

快速的碰撞检测对提高虚拟环境的真实性和增强虚拟环境的沉浸感有着至关重要的作用,而虚拟装配环境的复杂性、实时性和精确性又对碰撞检测提出了更高的要求。文中对基于虚拟装配的碰撞检测问题进行了描述,提出了面向虚拟装配的分层精确碰撞检测算法,并对该算法中的面片层碰撞检测算法和精确层检测算法进行了论述,应用结果表明该算法能够满足虚拟装配系统的实时性和精确性要求,为虚拟环境下的装配工艺规划奠定了基础。     

基于Petri网的虚拟装配环境交互管理模型研究

对设计者交互操作的准确理解和快速响应,是提高虚拟装配的可操作性和实用性的关键问题.定义了一种层次时间有色Petri网(HTCPN),并以此为工具建立了虚拟装配环境下的交互管理模型.该模型以设计者操纵数据手套的位姿变换信息、对象间的碰撞检测信息以及装配约束识别信息作为输入,运行后输出具体的操作事件实现设计者在虚拟装配环境中的浏览、移动零部件、装配和拆卸调整等一系列交互操作活动.实践证明该模型满足了虚拟环境的实时和并发等动态性能要求,实现了虚拟装配过程中大量离散事件的处理及操作意图的响应.     

分布式虚拟装配环境中碰撞检测方法研究

碰撞检测速度,网络延时和网络带宽对碰撞检测的限制是分布式虚拟装配系统中碰撞检测面临的主要问题.针对上述问题,提出了一种分布式碰撞检测解决方法,并对该方法中的同步方式、碰撞模型生成和几何元素间的相交检测进行了详细论述.应用结果表明该方法的有效性与实时性能够满足分布式虚拟装配的要求.     

基于并行的快速碰撞检测算法

提出了一中基于并行的快速碰测算法。该算法面向动态复杂场景采用层次的自适应空间剖分方法建构物体的平衡包围盒树,然后通过并行遍历包围盒树来加速碰撞检测,算法属于ＭＤＭＤ同步并行算法,采用多线程技术实现,在单处理机和处理机上均能运行。     

面向电力变压器虚拟装配的多感官融合交互方法

虚拟装配技术旨在真实还原设备和物理场景,在真实环境中人们可以通过视觉、听觉、触觉等多种感官与物理世界进行信息交互。针对已有虚拟装配系统的真实感受限于单一感官人机交互方式的问题,提出一种多感官融合的信息交互方法,以提升沉浸感和操作性。提出一种在待装配体零部件体积差异性大的情况下的改进八叉树AABB包围盒碰撞检测算法,提升计算精度的同时极大减少计算量。实验结果表明：该方法在提高操作性和沉浸感方面有优越性。     

基于CDT空间剖分的虚拟角色全局路径规划

针对大范围复杂虚拟城市环境中虚拟角色的自主导航问题,研究了虚拟城市环境的环境建模以及基于层次道路图的改进A*算法。用自适应剪切平面切割三维地物几何模型,把三维城市空间投影到2D平面空间,利用约束Delauny三角化方法剖分城市自由空间,通过调整约束边的长度调整提取道路图的精度,并构建顾及地形起伏特征的层次道路拓扑图;为适应基于层次道路图的路径搜索,对传统A*算法进行了改进。实验结果表明:该方法可以快速完成虚拟角色在虚拟城市环境中的全局路径规划,且环境建模需求空间小,路径搜索效率高并顾及了地形环境的起伏特征。     

多面体的剖分算法及应用

提出了一种将任意多面体剖分为系列四面体的算法，该算法首先根据多面体类型，查找出符合剖分要求的一个面与一个顶点，构成一个简单多面体，将原多面体剖分为一个简单多面体和一个新的多面体，再对新的多面体重复剖分，直到全部剖分为简单多面体，每个简单多面体再进一步剖分为四面体。文章中给出了算法理论基础的证明、算法具体实现步骤及所用数据结构。最后讨论了该算法在机器人碰撞检测中的应用。     

发动机虚拟装配教学实验系统关键技术研究

虚拟装配技术是虚拟现实技术在设计与制造领域的重要应用。在对虚拟装配的研究现状分析和总结的基础上,对发动机虚拟装配的关键技术和虚拟装配系统的实现方法进行了分析和研究,包括基于数据手套的虚拟手操作、实时碰撞检测、装配路径和装配顺序规划等问题。并首次提出了将虚拟装配与发动机教学实验相结合的虚拟发动机装配教学实验系统的构想。最后还展示了利用发动机三维可视化虚拟装配教学实验系统完成虚拟装配操作的实例,并分析了该虚拟装配教学实验系统与传统装配相比较的优势和特点。     

虚拟装配关键技术及其发展

虚拟装配技术是虚拟制造技术的关键部分,它主要实现两个层次的映射,即底层用产品虚拟模型映射了产品物理模型,顶层的虚拟装配仿真过程映射了真实的物理装配过程。虚拟装配关键技术主要包括:碰撞检测、零部件建模以及数据交换与集成、装配规划、基于约束的运动导航与精确定位、线缆管路等可变形体零件装配技术、知识的提取与应用和装配评估与验证等。文中对这些关键技术的研究现状进行了综述,并根据研究现状分析了虚拟装配技术中存在的问题以及发展趋势。     

虚拟装配仿真平台的研究与实现

虚拟装配是虚拟现实领域中一个新的研究方向。本文从虚拟现实技术的角度出发,讨论了在设计一个虚拟装配平台时所要涉及到的一些关键技术和解决办法,包括虚拟装配平台的装配关系表示、装配对象管理、实时碰撞检测等问题。最后本文还展示了用该原型系统完成虚拟装配操作的一个实例并分析了该系统有等进一步完善之处。     

支持组合夹具虚拟组装的快速碰撞检测方法

快速碰撞检测算法是虚拟环境下组合夹具装配设计的关键，针对组合夹具的结构特点，提出了一种基于元件级空间分割与包围盒检测相结合的快速碰撞检测算法（F-CD），通过建立检测区域的分层投影模型（LPM）实现最大限度的减少进行碰撞检测的元件对数，同时避免了建立复杂的层次模型树，降低了系统内存开销，提高检测效率。对LPM的建立和基于分离平面的包围盒干涉检测算法进行了详细的论述，并对算法进行了比较实验与性能分析。     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。     

虚拟环境下的复杂变速箱交互式装配仿真平台

为解决虚拟装配存在人机交互度、行为仿真与用户设计效果不佳等问题。以大型拖拉机变速箱为对象,研究了多碰撞体的齿轮动力学运动与行为仿真方法,提出了基于轴和面约束的多零件模型在虚拟环境中的定位方法,开发了人机交互式的虚拟环境,每帧消耗的时间约为10 ms,实现了复杂变速运动行为及其仿真。同时虚拟装配模块里配置了AR接口,可通过手式进行主动式智能虚拟装配。试验表明,系统能按照用户需求进行主动式的虚拟装配、干涉检测、学习装配知识、方案设计、提示装配错误等,为复杂变速箱的虚拟制造与装配提供了仿真平台,平台具有可扩展性。     

一种基于查找表的快速导航路径提取算法

虚拟内窥镜是医学图像可视化与虚拟现实相结合的产物.为了缩短诊断时间,虚拟内窥镜需要提供一种自动导航方式来加快器官的浏览,通过分析已有细化算法提出一种快速的导航路径提取方法.该方法首先利用一种快速模板测试方法来生成26-邻域编码的查找表,然后根据此查找表快速地查询边界体素的删除标志,从而将复杂耗时的模板测试过程转换成简单快速的查询.提取的骨架经裁剪、平滑后可以用于虚拟摄像机的自动飞行引导.实验结果表明,该算法提取效率高、速度快,基本上能满足虚拟内窥镜系统导航路径提取的要求.     

虚拟环境下的线缆装配建模技术研究

虚拟现实技术为解决线缆的优化布局及可靠性装配问题提供了一种可行的技术途径,而如何在计算机内部组织和表达线缆的模型信息、属性信息和工艺信息等相关信息是实现虚拟环境下线缆装配工艺规划要解决的首要问题。在分析虚拟环境下的线缆模型应包含管理属性、电气功能、几何结构和装配过程这四类信息的基础上;着重介绍了基于离散控制点建模思想的线缆几何结构层次化表达方法以及基于布线任务的工艺规划过程描述方法。并在自主开发的虚拟装配工艺规划系统VAPP上对相关方法和技术进行了实例验证。     

虚拟装配环境体系结构的建模机制与分析设计

虚拟现实技术为产品开发带来了全新的人机界面和强大的功能,虚拟环境将虚拟现实技术与产品的设计、装配和分析紧密地结合在一起。但目前大多数面向产品开发的虚拟环境存在着通用性和可重用性等问题。本文给出了一个虚拟装配环境软件体系结构,该体系结构基于统一建模语言UML和离散事件系统形式化描述体系DEVS思想,采用面向对象、可重用技术对该系统进行了分析设计,实现了软件体系结构的可扩展性、可重用性和易维护性等。     

面向虚拟装配的装配顺序规划研究

针对虚拟装配中的产品装配顺序规划问题，提出层次化装配模型，在此基础上生成产品装配层次树结构，并给出基于装配关联图的分层规划算法，进一步，分析简化简装关联图的有效途径，并通过固定顺序判据法降低装配序列组合复杂性，提高装配顺序规划的效率。     

产品装配虚拟现实技术及应用

介绍了产品装配的虚拟现实技术。建立了集成桌面虚拟现实环境。开发了产品装配的虚拟现实系统,包括系统的体系结构、人机交互界面和系统功能模块的开发、装配仿真及与装配有关的结构分析结果的虚拟显示等。     

基于人工生命方法的虚拟鱼行为模型

传统的虚拟生物行为动画是通过关键帧技术实现的,存在一些不足。因此,提出一个基于人工生命方法的虚拟生物行为模型,并以虚拟鱼为例,通过将人工生命方法和虚拟现实技术结合,可以在不需任何关键帧的情况下实现虚拟鱼的多种行为仿真,不仅具有虚拟生物的基本特征,而且其真实感强,可应用于虚拟生物教学和实验中。