虚拟装配中的零部件物理属性建模与仿真技术

虚拟装配的拟实性是影响该技术能否得到广泛应用的主要因素之一.基于物理属性的虚拟装配技术通过对物体的物理属性进行仿真和模拟,使得虚拟环境中的装配过程更接近于实际的装配过程.方法首先对基于物理属性的计算机仿真技术国内外研究现状进行了综述,在此基础上提出了基于物理属性的虚拟装配过程研究模型,给出了虚拟环境下零部件物理属性建模方法,并对虚拟环境中基于物理属性的装配过程仿真技术进行了阐述,最后结合实例对相关技术进行了初步验证.     

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。     

基于分形几何的高度非线性过程虚拟仿真技术研究

针对一类高度非线性过程的虚拟仿真问题,提出一种虚拟环境下仿真新方案,即“物理行为模型 现象发生系统”,该方案由虚拟现实系统、基于分形几何建模、物理行为模型三部分组成,关键技术包括:物理行为模型与现象发生系统之间映射关系建立方法;基于分形几何的复杂拓扑结构几何模型快速构造算法;虚拟环境下基于结点的大量复杂几何对象近似纹理快速处理算法;大量复杂几何对象的实时渲染问题。随后以散体岩石在圆锥破碎机破碎腔中的破碎过程虚拟仿真为例,说明方案的应用过程。     

一种基于语音交互的虚拟场景漫游系统

将语音技术应用于虚拟环境中,实现了一种基于语音交互的虚拟场景漫游系统,该系统创建了基于语音交互通道,允许用户使用语音命令控制场景漫游,可快速实现自然的人机交互.实验结果表明:该系统方便了人机交互,给用户带来了更加真实的体验.     

基于虚拟现实技术的船艇航行训练仿真系统的研究

介绍了虚拟现实技术在船艇航行训练仿真系统中的应用,叙述了船艇运动方程的建模、海洋虚拟环境建模以及人机交互界面的构建,对三维鼠标与数据手套的应用、视点与虚拟手的控制、海底地形建模与碰撞检测技术等进行探讨,解决了船艇航行的运动仿真、环境仿真以及实物仿真等问题。     

灌装生产线虚拟环境的多Agent建模研究

通过对灌装生产线虚拟环境的特点和描述方法分析，提出了灌装生产线虚拟环境Multi-Agent新的建模方法。将复杂的生产线系统化为主Agent与子Agent的空间网络关系，对主Agent结构中的六元组进行了定义，用消息传递机制来描述虚拟生产线动态实体的行为机制，构造了Multi-Agent系统总体框架。利用WTK和VC 开发了虚拟灌装生产线仿真系统。应用结果表明：该系统具有实用性、有效性，为企业生产线工艺立体布置设计、系统优化、决策、关键设备可制造性的评估提供了集成工具。     

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。     

基于场景的虚拟环境用户界面研究及实现

虚拟环境用户界面是人与虚拟环境交互的工具也是虚拟现实的重要组成部分之一。传统的用户界面模型都是基于命令而非基于用户意图，结果与需要用户频繁的地虚拟环境和界面来回归换，从而找断用户设计思路或破坏用户的情景感受。本文给出一个基于场景的虚拟环境用户界面的模型，并结合虚拟装配应用实例验证该模型及实现方法。     

基于智能虚拟环境的地铁站台仿真系统

实现了一个用于列车驾驶培训的地铁站台仿真系统.系统由一个可被感知的站台虚拟环境和虚拟乘客系统组成.站台环境由静态场景、动态场景两部分组成,可在用户控制下发生变化.虚拟乘客通过感知站台环境的变化做出行为判断与动作.乘客仿真模型采用分层结构,分别实现环境感知、决策、行为选择、动作实现与实时绘制.目前,该系统已用于地铁列车仿真器,成为培训司机站台操作的工具.     

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。     

面向遥操作手眼协调的虚拟仿真交互控制方法

针对遥操作过程中,虚拟仿真场景的观察视角动态变化时,人机交互的易用性将严重影响操作效率的问题,提出一种面向遥操作手眼协调的虚拟仿真场景交互控制方法。通过坐标系变换的方式将遥操作运动控制指令进行映射变换后再发送给遥操作对象,实现在观察视角变化时,交互设备与虚拟显示视景中遥操作对象运动协调一致。通过Unity 3D搭建虚拟仿真场景进行实验验证,并与传统交互方式进行对比,结果表明所提方法使遥操作过程具有更高效的交互性。     

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。     

虚拟操作训练系统中的人机交互技术研究

首先概要介绍了人机交互技术发展状况，接着针对某型武器系统虚拟训练系统给出了过程仿真模型，阐述了人机交互系统在过程仿真模型中的作用，在此基础上，重点介绍了依托位置跟踪器和数据手套等虚拟外设实现对虚拟实体进行直接操纵的过程和具体方法，最终实现了采用直接操纵交互技术的某型武器系统虚拟操作训练系统。     

面向流场可视化的沉浸式虚拟现实交互系统研究

针对基于二维显示交互环境的流场可视化应用由于深度信息不足导致交互效率较低的问题,引入虚拟现实技术,提出具备多样化交互方式的沉浸式流场可视化系统。该系统基于凝视与手势交互技术,设计并实现了基于用户手势的导航方法与三维交互控件,基于用户凝视与手势的沉浸式交互面板,以及基于可视化场景的沉浸式交互管理方法与基于可视化算法树的可视化网络管理方法,对用户交互进行了系统化管理,能够在沉浸式环境提供对典型流场可视化操作的全流程支持。用户实验结果表明：该系统能够在典型流场可视化场景下为用户提供高效、自然的交互。     

VEADAM:一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统

VEADAM是一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统：面向航天某型产品的工程研制需要，利用虚拟现实技术，研究和实现一个异地协同的产品设计、虚拟装配和虚拟制造的环境，使各部门协同合作，减少产品研制的周期和成本。VEADAM第一阶段主要研究面向航天某型产品的虚拟装配，包括框架结构、pro/E与虚拟环境的信息转换、约束关系、协同调度、多通道人机交互等，实验初步说明该系统具有应用价值。     

虚拟战场环境生成系统设计与研究

虚拟战场环境是军事仿真应用的可视化平台。结合具体应用系统的研制开发，对虚拟战场环境生成系统的构成进行了论述，对虚拟现实技术应用于虚拟战场环境的关键技术进行了分析、探讨，包括基于复杂度的三维实体建模方法，三维地形的快速生成与漫游控制、多窗口与多视口、人机交互等技术的实现。文中所述及的系统已成功应用于某大型网上战役训练和作战指挥系统。     

作战武器任务规划仿真系统原型的开发

针对复杂虚拟战场环境下的联合作战仿真,设计出了一套仿真方案。利用建模软件Maya、人机交互仿真软件Virtools及程序开发语言C#,开发出了该方案的一个原型。原型采用了根据模型精细度建模、模块化程序设计等优化设计方法。程序运行结果表明,该原型具有模型文件量小、仿真视觉效果佳、程序运行流畅及程序可修改性、可重用性较好等特点,其针对武器装备的作战规划仿真结果为联合作战环境下武器装备的效能评估提供了依据。

Abstract：

A simulation scheme was designed aiming at joint operations simulation in the comprehensive virtual combat environment which developed the prototype of this scheme, with modeling software Maya, human-computer interaction designing software Virtools, program developing language C#. The prototype applied optimum design methods like modeling according to models＇ fineness, modular program designing and so on. Based on the program running results, the prototype possessed such good features as lightweight modeling, good visual effects, fluent program operation, better modifying and reusing properties, etc. The simulation results for weapon equipment mission planning provide reference to weapon equipment effectiveness evaluation in the joint operational environment.     

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。     

集成人机交互仿真系统研制与应用

基于虚拟现实技术和人机工程学原理,综合应用多通道宽屏投影拼接、光学运动跟踪和数据手套手势跟踪、Vega和Creator等许多虚拟现实软、硬件技术,构造出一个可供人与计算机中的虚拟操控系统进行实时交互的虚拟仿真环境,可对人机交互绩效进行动态、客观的测量,继而评价操控面板系统的设计质量,亦可用于各类二维操控面板的操作培训。初步实验结果验证了系统的可行性。