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。     

一种面向交互式虚拟环境的自适应变形方法

研究针对交互式虚拟环境提出了一种自适应变形方法,基于累进网格和层次式聚类,为模型构建一个累进网格二叉树;根据此结构和环境参数,将网格模型划分为若干个子网格分别进行简化,再缝合成一个多细节层次模型作为变形过程的输入。为了简化变形过程,变形约束被标准化为四种变形基元,根据空间映射规则投影到多细节层次模型上,控制变形操作和保持模型属性不变。实验表明该方法能够动态地灵活地构建多细节层次网格模型和调整各种变形约束,并应用在一个交互式虚拟环境即虚拟博物馆浏览系统中,实现实时的变形操作和良好的视觉效果。     

AUV视觉系统的可视化技术研究与实现

AUV视觉仿真系统是一个能够对AUV视觉系统的软、硬件等进行验证的实时半实物仿真系统.简要介绍了AUV视觉系统的基本理论,提出了较为完善的AUV半实物仿真系统的研究模型与软件框架;在Vega Prime中利用纹理亮度方法解决了彩色仿真图像灰度化的问题,实现了对黑白摄像管的模拟;采用一种复杂的光线能量衰减公式,逼真的模拟出海底AUV聚光灯效果;该系统同时还提供了对摄像机的简单仿真.开发和应用结果表明,该系统实时性好,效果逼真,对AUV视觉软、硬件系统开发、测试具有重要的意义.     

自主式水下潜器虚拟仿真系统研究

基于软件平台MultiGenCreatorPro和Vega开发出自主式水下潜器(简称AUV)虚拟仿真系统。论述了仿真系统体系结构、信息流、AUV运动模型与空间一致性方法;介绍了数据交换方式、主要的仿真功能、实时视景生成与显示技术;给出了AUV基于路径规划的三维仿真结果。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,采用的运动模型和仿真算法满足了系统仿真的实时性要求,可逼真地演示AUV的自主运动过程。该仿真系统作为演示并验证AUV自主能力与动态控制方法正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,已得到实际应用。     

波浪干扰下的AUV纵向运动建模与模型预测控制

针对近水面航行的AUV,研究了其波浪影响下定深控制问题。基于弗劳德—克雷洛夫假设(Froude-Krylov Hypothesis),采用切片理论计算AUV近水面运动中受到的随机波浪干扰力和力矩,并以此作为扰动项建立随机波浪作用下AUV纵向运动的线性化数学模型。采用模型预测控制方法进行仿真研究,使AUV的航行深度和俯仰角达到期望值。仿真结果表明:该方法能够有效提高AUV近水面航行过程中的抗波浪干扰能力,系统具有良好的动态性能。     

网络协同数字化预装配系统中的协同技术研究

针对网络协同数字化预装配特点,提出可重组的多Agent协同装配动态组织结构,基于Petri网建立装配动态组织模型和协同装配过程模型,对产品的装配协作过程进行了研究。提出商用CAD软件与数字化预装配系统的模型数据集成方法,研究了多Agent之间的通信和协同实时性的实现技术,并开发了原型系统。实例表明,该系统能使异地协作人员通过网络协同地对产品的装配设计进行分析与优化。     

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。     

分布式虚拟环境下的环境管理器及环境描述语言

介绍了面向动态实体的虚拟现实系统的开发过程，给出了一个虚拟环境描述语言ＶＥＤＬ及其主要部分的形式化描述。ＶＥＤＬ可以描述分布式虚拟环境下统一的时间推演、空间位置及环境中的各种实体信息。基于ＶＥＤＬ可效系统需求转化为环境脚本。根据用ＶＥＤＬ书写的这一环境脚本，环境管理器可以动态生成整个系统的各种配置并对动态实体在虚拟环境中的行为进行预规划，随后分发到各个仿真节点从而生成一个虚拟现实系统。     

基于自适应模型非线性系统容错控制的研究

针对未知的多变量非线性动态系统,提出了一种新型的自适应故障容错控制方法。该方法首先通过设计一个自适应RBF神经网络模型建立未知过程的动态模型,并利用扩展卡尔曼滤波算法在线调节RBF网络权值学习系统的时变参数和故障动态,然后设计基于此模型的自适应迭代逆模控制算法实现相应的容错控制策略。将容错方法成功应用到一个连续的多变量三水箱过程。     

虚拟环境交互技术研究

虚拟现实的研究已步入第三阶段。现阶段,VR作为未来理想的人机交互媒体对虚拟环境交互技术的研究提出了具有挑战性的要求;同时,也要求VR研究人员用系统的方法来开发虚拟环境交互技术。本文描述了虚拟环境中的基本交互任务和已有的交互技术,分析了交互技术的设计和评价方法,并为后续工作提出了一些研究方向。     

Crashworthiness simulation and improvement design of auto-body based on finite element mehtod

One developing commercial vehicle was simulated on crashworthiness using the nonlinear finite element method. The deformation of the auto-body, the movement of the steering wheel and the dynamic responses of the occupant at the initial velocity of 50 km/h were studied. The results show that the design of the vehicle could be improved on structure and material. The frontal longitudinal beam, the main energy-absorbing part of the auto-body, was optimized on structure. The data of the simulation predict that the hinge of the engine hood would fracture during the crash. The failure of the engine hood hinge would be a danger to both the driver and passengers. Then the problem was solved by changing the engine hood and hinge on structure and material. Simulation results also show that applying new material and new manufacture techniques could improve the crashworthiness of the vehicle greatly. These improvement methods are valuable to the virtual design of vehicles.     

面向主体的协同产品开发过程动态仿真

为了研究设计人员在协同产品开发过程中的行为以及过程管理中的典型问题,首先基于复杂适应系统（complex adaptive system,CAS）和多主体系统（multi-agent system,MAS）理论建立了面向主体的协同产品开发过程动态仿真集成模型,该集成模型主要包括4大部分：设计主体,管理主体,环境对象（任务、资源和产品信息）以及动态仿真系统的功能模型.其次,介绍了动态仿真系统的 开发方法,并对仿真流程、类的封装及各主要函数的调用过程进行了详细的描述;最后,对某摩托车发动 机开发项目进行了仿真实验研究.仿真结果表明,面向主体的动态仿真能为协同产品过程管理提供科学 和量化的决策依据,同时,为该过程中人员的行为研究提供了一种新的思路.     

基于组件的计算机组成原理虚拟实验室的设计与实现

提出了一种基于组件技术的计算机组成原理虚拟实验室(PCOVL)的设计模型和实现方法。该系统采用Java语言实现,具有良好的平台无关性。以Java Bean组件技术开发元器件,并利用Java反射技术实现了系统动态调整组件属性和行为的功能;结合数据驱动原理,多线程技术的wait、notify机制,以及锁的同步控制技术,提出一种基于数据驱动的触发式调度机制,有效的解决了具有复杂关系的组件之间的数据传递和调度运行的问题。PCOVL实现了可视化的定制实验流程、运行期间随机改变组件状态、以及实验结果的动态实时显示等功能,为开发计算机硬件类课程虚拟实验室提供了有力的技术支持和理论基础。     

基于虚拟现实的轧钢实时仿真训练系统

将虚拟现实技术应用于轧钢实时训练系统仿真中,在对轧钢过程进行数学建模的基础上,运用OpenGL图形库,直观快速地再现了轧钢场景,实现了轧钢过程的可视化仿真,为轧钢操作工的训练提供了实时的模拟操作环境。实际应用表明,这种实时仿真技术是一种安全、经济、有效的训练轧钢操作工的方法与手段。介绍了系统的设计思想和总体结构,重点讨论如何运用OpenGL实现建模、仿真及动态驱动。     

机枪系统虚拟样机建模及仿真分析

以某大口径机枪系统为物理样机模型，对联合CAD建模软件Pro／E和动力学仿真软件ADAMS对其进行动力学仿真时的模型传递方法进行了研究，并以此在仿真环境中建立了机枪系统的虚拟样机模型。然后对机枪的自动机动力学和供输弹机构的运动进行了仿真分析，将仿真结果与试验数据进行了比较，并对工作弹簧进行了参数化设计。这证实了将虚拟样机技术引入自动武器研制领域的可行性，并为进一步的仿真工作奠定了基础。     

多仪表综合显示系统人机界面的虚拟评价研究

提出了多仪表综合显示系统人机界面的动态仿真虚拟评价方法.建立了基于GL Studio的虚拟评价环境.创建了包含动态显示特性的主观评价指标体系.构造了基于灰色关联分析的主观评价数学模型.实现了在设计阶段仿真仪表的实际工况,评价显示设计与操作员主观期望一致性,有效地提高了多仪表综合显示的人因设计质量.     

基于Matlab的四轮转向车辆操纵稳定性仿真研究

建立了四轮转向车辆操纵动力学模型，详细地描述了在Matlab环境下四轮转向车辆操纵稳定性的动态仿真过程，研究了转向的稳态和瞬态响应特性及其控制参数的影响，并与传统前轮转向车辆进行了比较分析．最后以零侧偏角为目标对控制参数进行了优化．研究结果可为评价四轮转向车辆的系统设计和控制律提供理论依据。     

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。     

基于虚拟样机的航天器对接转动模拟装置仿真研究

综合了计算多体动力学、计算结构力学、碰撞理论等多学科的知识，在ADAMS／Solver平台上建立了航天器对接试验台滚转和俯仰转动模拟装置对接过程可视化动力学虚拟样机模型，建模过程中实现了UG—MATLAB—ADAMS—ANSYS的仿真环境相互集成。利用软件的各自优势完成了转动模拟装置的动力学特性分析；研究了关键性能参数如轴承摩擦系数对整个装置工作性能的影响。数学仿真和虚拟动态仿真的相ghz,~g-L明仿真结果是可信的。虚拟仿真结果验证了初始设计的可行性，确立了在物理样机设计中需要考虑的要点，为进一步的转动模拟装置的优化设计提供了设计依据。此外还解决了ADAMS仿真中轴承模拟等问题。