沉浸式虚拟装配技术的研究与应用

1、 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 题题 目目: : 沉浸式虚拟装配技术的研究与应用沉浸式虚拟装配技术的研究与应用 研研 究究 生生 王 辉 专专 业业 计 算 机 软 件 与 理 论 指导教师指导教师 王 毅 刚 教 授 完成日期完成日期 2012 年 12 月 杭州电子科技大学硕士学位论文杭州电子科技大学硕士学位论文 沉浸式虚拟装配技术的研究与应用沉浸式虚拟装配技术的研究与应用 研研 究究 生：生： 王 辉 指导教师：指导教师： 王 毅 刚 教授 2012 年 12 月 Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for th

2、e Degree of Master Research and Application on Immersive Virtual Assembly Technologies Candidate: Wang Hui Supervisor: Prof. Wang Yigang December, 2012 杭州杭州电子科技大学电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果

3、。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后， 发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。 学校有权保留送交 论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许 采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 （保密论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名：

4、日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 杭州电子科技大学硕士学位论文 I 摘 要 传统产品在设计开发以及工艺规划上，需要花费大量的人力、物力、时间。并且制 造出的产品在实际装配过程不可避免地会发生无法装配的情况， 造成零部件返工、 报废， 甚至重新进行装配工艺规划，势必将延误开发周期。随着近几年国内外众多学者对虚拟 装配技术的研究越来越深入，研制一套廉价、系统的、全面的沉浸式虚拟装配系统成为 当前关注焦点之一。 这不仅有助于设计人员在虚拟产品开发的早期就发现零部件之间可 能存在的装配问题，还能推动国民经济和国防建设的发展，为今后进一步研究更为复杂 的以知识、语义为导航的虚拟装配

5、系统，人机功效问题等奠定基础。 本文以搭建一个沉浸式虚拟装配系统为主线展开， 首先依据沉浸式虚拟装配系统的 特点，从整体上设计了系统的框架和功能模块。接着，分析了常用的虚拟装配技术的原 理，并对某些关键技术的算法做了改进和实现。最后应用这些虚拟装配技术，研制了一 套沉浸式虚拟装配系统。主要工作如下： （1）从整体上设计了沉浸式虚拟装配系统的框架，并按功能将系统抽象出三个层 次：视图层，业务层，数据持久层。在视图层阐述了系统的渲染流程以及相关核心类的 设计。同时重点研究了虚拟装配中的人机交互技术，分析了用虚拟探针模拟三维零部件 拾取的原理，研究了 Arcball 算法并在三维鼠标上实现了视图旋转、平移、缩放传感器， 研究了使用 ART 跟踪球实现头部跟踪立体显示的原理，并给出了透视矩阵、视图矩阵 的计算公式；业务层从宏观上阐述了虚拟装配系统中场景节点的组织方式，以及它们是 如何作用于碰撞检测和路径仿真功能上； 数据持久层则概述了场景数据在装配系统中的 加载过程以及仿真动画的存储方式。 （2）从微观上深入研究了装配仿真过程涉及到的虚拟装配技术：碰撞检测技术、 交互式仿真技术。对碰撞检测算法做了最初的设计以及进一步地改进，推理论证了基于 OBB 算法的保守快速探测前进的伪动态碰撞检测算法。接着，研究了自由移动、沿轴 平移、沿轴旋转三种快捷的零部件