基于软组织形变力学信息虚拟手术力反馈过程仿真

为了更好的实现对真实手术的力触觉模拟,利用质点弹簧模型建立了人体软组织的力学模型;应用四阶龙格库塔法解决了力学模型的计算问题;基于模块化设计思想完成了力反馈设备的设计;将力反馈设备通过ADAMS平台建模与力学算法程序相连接,实现了力学信息的传送过程和力反馈设备终端获取力学信息的模拟,该仿真对整个力反馈过程的进行实现了验证。仿真结果表明:力反馈设备可以实时获取力学信息。该项研究将虚拟现实与虚拟样机技术相结合,基于力反馈器虚拟设计实现力反馈过程的仿真模拟,为虚拟手术系统前期设计提供参考和设计依据。     

三轴高精度虚拟仿真转台研究

提出了三轴虚拟仿真转台系统的基本体系结构及其功能特点。文中着重阐述了虚拟仿真转台系统中的PDIVL，CAD，CAE技术、数据引擎、虚拟装配技术和虚拟样机等技术'同时详细论述了虚拟仿真转台系统的运行方式以及功能结构，其中包括基于PDM技术加以开发、设计转台机械结构并进行图纸管理和生产过程管理；运用OpenGL动画技术和虚拟装配理论实现模型的动态装配；运用虚拟样机技术实现了转台系统的机械结构模型与复杂控制模型的联合分析，实时调节与优化机械结构或控制率来提高系统的机械与控制性能，极大缩短真实转台系统的开发周期。     

面向装配工艺规划的集成式装配模型研究

虚拟装配能够有效地支持装配设计过程,提高产品可装配性。提出了面向装配工艺规划的虚拟装配体系结构,在此基础上提出了一种面向装配工艺规划的集成式装配模型,并分析了模型的信息组成、获取方式和组织结构。结合某燃料电池设计项目,在清华大学国家CIMS工程技术研究中心的虚拟装配支持系统VASS上对面向装配工艺规划的虚拟装配体系结构和集成式装配模型进行了验证。应用表明,该集成的产品装配模型能够有效支持产品装配工艺规划的全过程。     

面向虚拟装配的复杂产品装配路径规划技术研究

在对虚拟装配中的装配路径规划基本流程进行分析的基础上,指出了虚拟环境下进行装配路径规划的关键技术,并提出了基于有效采样点的装配路径优化方法,虚拟环境下基于几何约束的零件三维空间运动方法,集几何约束自动识别、交互式约束定义和位置约束为一体的混合模式的零部件精确定位方法。相关算法在自主开发的虚拟装配工艺规划软件VAPP中得到实施,并应用到航天产品的装配工艺设计中。     

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。     

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。     

力反馈汉字书法模拟的任务规划和逼真度评价方法

交互过程的任务规划和逼真度评价是力反馈模拟系统的两个重要问题。目标是针对汉字书写模拟建立人的触觉技能表达和逼真度评价模型。提出了分层任务规划方法。在任务层，将汉字的力觉引导过程分为形状引导和笔顺引导；在表达层，提出了状态变化图谱，描述笔尖与纸面的交互状态序列；在设备层，将上述状态序列映射为交互设备的控制指令序列。基于分层规划建立了交互状态空间映射匹配度模型，作为逼真度评价指标。采用力反馈设备Phantom desktop进行了系统实验，证明上述规划方法可以满足实时力觉引导的控制规律设计要求，逼真显示汉字书写过程的交互力。提出的逼真度指标可以定量地评价力觉显示的训练效果。     

虚拟手术中具备触觉功能的软组织交互技术

研究了虚拟手术中用户通过触觉设备与软组织进行交互操作的技术.所用触觉设备为Phantom Desktop,交互操作包括切割、触摸和抓取.为了克服用户手的颤抖产生的触觉反馈力振荡,切割中的反馈力使用代理的方法计算,反馈力由刀锋阻力和刀面约束力构成.触摸和抓取操作使用作用球的方法,根据作用球的入侵体积来计算作用力和反馈力,并使用力和力矩等效原则将作用力分解成顶点等效力.最后给出了使用虚拟肝脏模型进行交互操作的效果.     

采掘运装备虚拟装配与仿真系统设计及关键技术研究

针对煤机装备从设计、制造再到实际工作环境各环节相脱离问题,以采煤机、刮板输送机、掘进机和提升机为研究对象,以集成化双通道柱幕系统作为硬件支持,以Visual Studio和Open Scene Graph作为系统软件平台,集成了力反馈器、数据手套等人机交互设备,实现了由虚拟装配子系统、场景仿真与漫游子系统等四部分组成的虚拟装配与仿真系统,虚拟再现了煤炭生产过程中设备的运行状态,为产品设计提供了直接形象的现场感和全新设计模式。该系统具有良好的沉浸性和交互性,提高了产品的可装配性和研发效率,降低了设计成本,实际运用效果显著。     

虚拟装配环境下快速碰撞检测方法的研究

碰撞检测算法的效率对提高虚拟装配环境的真实性和沉浸感具有重要的影响。提出了基于分层次剖分的快速碰撞检测方法。该方法通过综合运用空间剖分法和层次包容盒法快速减少需要检测的基本几何元素对数。利用虚拟装配过程的时空连贯性，通过引用模型缓存和冗余面片索引技术减少计算量和内存占用。应用结果表明该方法能够满足大规模虚拟装配环境的要求。     

虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析

讨论了虚拟原型机和虚拟装配的技术基础、内涵和关系，并结合国内外发展状况对虚拟装配与虚拟原型机领域的技术问题和难点进行了综合阐述和分析。     

协同虚拟样机技术研究

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的新的产品设计，开和评估手段。本文首先介绍了虚拟样机和协同虚拟样机的基本概念，接着对武器装备虚拟采办过程中不同阶段的虚拟样机的功能特性进行分析，在此基础上提出了支持武器装备虚拟采办过程的协同虚拟样机环境体系结构，最后对虚拟样机技术的发展前景进行了展望。     

虚拟场景展示系统研究

基于软件平台MultiGen Creator和Vega，开发出了集漫游、设计与一体的虚拟场景展示系统。文中分析了该系统实现的整体结构及开发过程，论述了仿真模型的获得、纹理的处理、模型的转换和简化等技术的实现，以及Vega中有关自由度控制、碰撞检测、输入控制、文字声音提示信息、地图提示功能、物体的拾取等编程设计。结果表明，开发的虚拟场景展示系统，可广泛用于建筑布局规划、房地产效果展示等领域，具有良好的市场前景。     

基于虚拟人的虚拟样机造型设计

本文主要研究了人机工程学在产品设计中的作用,设计了一个基于虚拟人模型的虚拟样机设计方案,构建了相应的系统框架,并进行了初步实现,这对于虚拟产品开发技术的发展起到了一定的作用。     

分布式协同虚拟环境的体系结构研究

结合当前的技术发展和面临的实际需求，分析了分布式协同虚拟环境的概念，发展现状和应用前景，详细讨论了它的功能特点，体系结构，性能要求以及关键技术，最后介绍了一个支持先进分布仿真技术和虚拟样机技术的分布式协同虚拟环境原型系统－－AST＿DCVE。     

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。     

虚拟维修仿真技术的研究与进展

近年来虚拟维修仿真技术广泛应用于维修性设计、保障性规划及人员培训三大应用领域并取得了巨大的经济和社会效益,成为了当前研究热点。对此分析归纳了该领域内众多国内外虚拟维修仿真案例。针对仿真对象的扩展及新技术的应用,提出了虚拟维修仿真技术的明确定义;总结出了虚拟维修仿真技术的实现流程,深入探讨了该技术研究所涉及的一系列关键技术问题;比较分析了仿真过程中所需的软件实现平台;最后对其未来的研究方向进行了展望。     

虚拟维修样机系统及建模技术

讨论了建立虚拟样机用于虚拟维修仿真的几个关键技术。给出了虚拟维修样机的定义，分析了它的组成，给出了与产品CAD系统相关联的系统结构。为了满足仿真实时性要求，提出了面向维修任务的虚拟维修样机建模方法，进行样机的几何建模和人机交互建模，并在．Jack软件环境下开发了CAD数据处理与交互行为定义的功能模块，以一个变速齿轮箱为例，进行了验证。     

基于数据手套的虚拟操作技术研究

介绍了虚拟操作的概念和应用前景，以及实现虚拟操作的方法，并探讨了利用动力学分析的方法实现基于数据手套的虚拟操作时的关键技术问题，碰撞检疫算法，建立虚拟接触力模型，虚拟物体运动解算等。     

虚拟作战战场环境的研究与实现

介绍了构建以解放战争某著名战役为背景的虚拟战场环境的关键技术，包括虚拟战场环境的结构组成、仿真模型、仿真管理和想定生成、场景管理、虚拟士兵的行为表示、实时战场环境声音仿真、人机交互方式等。在此基础上，介绍了已研制完成的基于多PC机联网具有沉浸与交互特征的多用户同时参与的含虚拟士兵的虚拟作战演示与观众参与系统。