基于数据手套的逼真虚拟手的实现

在基于头盔、数据手套的虚拟现实系统中虚拟手的实现效果十分重要,传统的虚拟手模型将手掌和各手指分割为多个刚体,当虚拟手运动时在刚体连接处产生重叠或裂缝,严重影响了沉浸感。在此根据虚拟手的运动特点对其进行整体建模,并快捷地对数据手套采集的原始关节数据进行校正,在可编程图形硬件上利用顶点混合算法将校正后的数据作用于虚拟手模型来产生皮肤变形,在满足实时性的同时提供了逼真的视觉效果。最后还通过搭建实验系统验证了所述方法的可行性。     

虚拟装配中的装配约束实现技术研究

结合虚拟装配中对装配约束实现的需求,以实际装配过程中常用的面与面之间的装配约束为例,阐述了虚拟装配中的装配约束实现流程,给出了虚拟环境下装配约束的定位求解过程,即通过姿态求解和位置求解确定零部件的空间目标位姿。同时给出了装配约束归约准则表以及归约结果的准确表达形式,并提出了在约束空间下对零部件的空间位姿调整算法,解决了多约束下自由度的计算问题以及零部件的调整问题,使虚拟装配中的零部件装配过程更加符合实际,操作更加方便。开发了原型系统虚拟装配工艺规划软件VAPP,对提出的算法进行了验证。     

仿人跑步机器人的控制与仿真

提出了仿人跑步机器人在跑步时关节力矩控制和前向速度控制的方案.对于机器人关节力矩的控制,通过推导机器人的三维动力学方程以及机器人质心和双脚的轨迹,采用阻抗控制的方法实现;对于机器人前向跑步速度的控制,通过在起跳阶段起始时刻调节"虚拟腿"与铅垂线的夹角实现,这种控制方法的优点是简单易行.最后采用虚拟样机软件ADAMS建立了仿人跑步机器人的三维模型,通过仿真证明了这种方法的有效性.     

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。     

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.     

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。     

Virtools软件与地理空间数据集成技术研究

虚拟现实技术是目前研究的热点问题,虚拟"现实"技术在虚拟游戏领域中已经得到了广泛应用,但真正的利用三维来表达现实世界场景的却并不多见.针对虚拟现实技术中的难点问题--真实三维场景建模及三维地理空间数据的存储和管理问题进行深入探讨,并提出了自己的见解:通过利用优秀的三维游戏软件Virtools组织和管理三维数据的优势来存储和管理地理空间数据,并采用了基于视锥剔除算法的2级LOD模型和通用分页管理技术来对地理空间数据进行优化.最后通过北京和济宁两个实验区验证了算法的可行性,实现了地理空间数据的有效组织、管理和存取,达到了三维场景的快速渲染与显示.     

ACL移植隧道对半月板接触应力的影响仿真

基于CT和MRI数据建立含软骨与半月板的胫股关节三维模型的基础上,进行了三方面的研究：首先,对正常/含单束／双束移植隧道的胫股关节伸直位施加不同载荷进行有限元试验,分析关节伸直位时载荷对半月板内／外侧接触应力的影响：其二,应用并联机构与ADAMS仿真．建立屈曲运动过程中的胫殷关节模型;最后,在忽略单束/双束隧道对屈曲角胫股关节位姿影响的基础上,施加单一载荷对屈曲角（0°．30°、60°、90°）位姿时的胫股关节作有限元试验。分析ACL移植隧道对内／外侧半月板应力分布的影响。通过实验得到：内／外侧半月板的接触应力与载荷成线性关系,移植隧道在关节伸直位对内侧半月板的应力基本没有影响,在屈曲角90。时对其外侧的应力影响很小。然而,在屈曲角30°／60°的位姿时移植隧道使半月板内／外侧应力增加显著。因此,ACL重建后存在引起半月板慢性退变的可能性。     

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。     

基于分布式估计与模糊控制的多机器鱼编队控制

针对多仿生机器鱼编队控制问题,提出了一种分布式的分层控制方案。首先,各机器鱼以一致性算法为数据融合模块对编队中心位姿进行分布式估计,据此获得在编队中的期望位姿,作为路径规划模块的输入;其次,各机器鱼基于速度与方向模糊控制器,实时跟踪期望轨迹,形成和保持编队。所提方法实现了期望位置分布式估计与机器鱼个体路径规划的分离,为不同种类机器鱼的合作控制问题提供了新思路。实验结果表明了所提方法的有效性。     

虚拟环境中的虚拟观察者模型

分析了虚拟环境的特点和信息表示的方法,针对虚拟环境仿真中选取观察信息时存在的问题,提出了能有效辅助参与者获取虚拟环境中多维信息的虚拟观察者模型,讨论了模型的实现方式,并介绍了该模型在虚拟战场中的应用。     

基于PRM和经验数据的虚拟人维修操作仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个基于PRM和经验数据的虚拟人维修操作仿真方法。通过对虚拟人形位空间维数的简化和延迟碰撞检测思想的运用,有效提高了仿真的效率;以虚拟人形位空间为采样空间,以人体上肢的力量数据来指导形位空间的采样和维修操作路径的搜索,有效提高了虚拟人维修操作仿真的自然性和逼真性。     

虚拟维修中的虚拟人移动仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个分阶段的虚拟人移动仿真方法,采用随机运动规划方法生成虚拟人躯干及头部的无碰撞路径,利用运动捕获数据和运动变形来实现对四肢运动的仿真。在运动规划中引入了姿态转移图的概念,实现了虚拟人移动过程中多种姿势之间的自然转化。采用基于运动变形的方法消除了虚拟人上肢和环境中其他物体的碰撞现象,提高了仿真真实性。

Abstract：

Virtual maintenance is a new concept introduced in the last few years,and has been broadly used in maintainability analysis and maintenance training.In order to solve the virtual human simulation in maintenance process simulation,a multi-stage virtual human locomotion simulation method was proposed.The free collision path of virtual human torso and head was planned by a probabilistic motion planner.And the motion of arms and legs was simulated using motion captured data and motion warping.A new concept of pose transition graph was introduced in order to implement natural pose transition in locomotion simulation.In motion optimization,a method based on motion warping was proposed to avoid the possible collision between virtual human arms and other objects in the environment.     

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。     

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。     

虚拟海洋环境中潜艇六自由度运动的视景仿真

利用虚拟现实技术对潜艇的六自由度模型进行视景仿真,可以实时的对潜艇运动模型的运动效果进行修正,对于潜艇航行训练模拟器的研究及虚拟海战场的实现具有重大的意义。对潜艇的运动模型进行了合理的简化,确立了设计模型,然后利用多边形建模软件Creator及视景驱动软件Vega建立虚拟海洋地理环境及潜艇的几何模型,并在API应用程序中对潜艇的六自由度运动进行实时控制。设计结果表明本仿真系统很好的模拟了潜艇的运动情况,在开展实艇的虚拟训练、应急操纵等方面有广阔的应用前景。     

基于V代码的虚拟装备仿真研究

从数控加工的G代码中得到启发,设计并实现了一种虚拟仿真的V代码,对V代码进行了定义,开发了V代码的生成工具,分析了基于V代码的装备仿真流程,以太阳电池PECVD装备为应用实例,进行了基于V代码的虚拟仿真验证,结果表明基于V代码的虚拟装备仿真实用准确,仿真效果良好。使用V代码可以方便地编辑装备仿真中的运动方案,灵活地控制仿真过程的进行;仿真程序中预编译的V代码模块,可以增强仿真程序的结构性,提高程序的执行效率。     

分布式虚拟环境中虚拟人运动的表示

网络虚拟环境中虚拟人的运动表示与交通工具的运动表示具有完全不同的特点。对此 ,本文提出了一种运动表示法 ,以运动信息的形式表达人体所有关节的变化结果 ,并采用信息包的方式在网上传送 ,可以有效地降低维持虚拟人逼真运动所需要的最小信息传送数量     

分布式虚拟环境及其在虚拟战场中的应用研究

讨论了分布分布式虚拟环境ＤＶＥ的基本概念和经所涉及的关键技术,介绍了一个正在研制的典型ＤＶＥ原型系统的框架和功能。     

网上博览会虚拟场景在线拖建技术研究

在互联网上采用Web3D技术动态构建网页上的虚拟场景,让用户参与场景的搭建,将大大提升网上虚拟展览馆的互动性。以＂2010年中国上海网上世博会＂专项项目为研究背景,引入用户在互联网浏览器的页面上实现拖放场景元素动态搭建三维虚拟场景的方法,重点讨论了Web页面拖放检测技术,将包围盒射线求交法与最近平面坐标系转换法进行结合并应用于Web页面,实现三维对象的拖放和定位,阐述了分布式存储模式下的虚拟元素索引和虚拟场景动态在线构建综合应用的动态生成方法。实验证明该方法简单有效,为Web客户端的三维虚拟场景快速交互构建提供了便捷的方法。

Abstract：

The interaction of the virtual pavilion online is enlarged by means of making Internet visitors participate in the construction of virtual scene and interact with it on web pages,which has been achieved by using the Web3D technology. Under the background of ＂Expo Shanghai Online＂,a method of dragging and dropping elements on web pages which dynamically generate 3D virtual elements online was introduced. The Drag-and-Drop Building technology which was applied on web pages through the combination of Ray-Box Intersection and Coordinates Transfer method based on the nearest plane was mainly discussed as well as the comprehensive application of virtual elements indexing under the distributed storage pattern and dynamic generation of virtual scene on Internet. Tests proof that the method is simple and effective,which provides a convenient way for Web3D clients to interact with the 3D scene rapidly.