面向煤機(jī)裝備的虛擬現(xiàn)實(shí)裝配技術(shù)與系統(tǒng)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景、目的與意義 1
1.2 研究現(xiàn)狀與動態(tài) 3
1.2.1 虛擬裝配 3
1.2.2 煤礦場景仿真 6
1.2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)交互工具 6
1.2.4 煤礦裝備三維建模 7
1.2.5 基于網(wǎng)絡(luò)的信息化服務(wù)平臺和虛擬裝配技術(shù) 8
1.2.6 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字模型與3D動態(tài)設(shè)計(jì) 9
1.2.7 機(jī)械裝備公共服務(wù)平臺設(shè)計(jì) 10
1.2.8 目前研究存在的問題和不足 11
1.3 主要研究內(nèi)容與總體組織結(jié)構(gòu)圖 12
第2章 面向煤機(jī)裝備的虛擬現(xiàn)實(shí)裝配技術(shù)與系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 14
2.1 虛擬裝配技術(shù) 14
2.1.1 虛擬裝配的定義 14
2.1.2 虛擬裝配的特征 14
2.1.3 虛擬裝配的分類 16
2.1.4 虛擬裝配的構(gòu)成 16
2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)場景仿真技術(shù) 17
2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 17
2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 18
2.4.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 19
2.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
2.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20
2.6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23
2.6.1 開發(fā)環(huán)境 24
2.6.2 開發(fā)平臺 24
2.6.3 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù) 26
2.6.4 系統(tǒng)開發(fā)軟件選擇 27
2.7 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 27
第3章 煤機(jī)裝備虛擬現(xiàn)實(shí)模型資源庫 32
3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 32
3.2 結(jié)構(gòu)層次劃分技術(shù) 33
3.3 CAD建模技術(shù) 34
3.4 CAD模型轉(zhuǎn)換與優(yōu)化技術(shù) 37
3.5 CAD模型修復(fù)技術(shù) 43
3.6 Google 3D Warehouse資源尋找技術(shù) 47
3.7 3D MAX場景與動畫制作技術(shù) 47
3.8 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 50
第4章 基于OSG的煤機(jī)裝備虛擬裝配方法與系統(tǒng) 53
4.1 煤機(jī)裝備裝配序列與路徑規(guī)劃方法 54
4.1.1 破碎部裝配序列 55
4.1.2 截割部裝配序列 56
4.1.3 牽引部裝配序列 58
4.2 OSG與CEGUI結(jié)合的框架 59
4.2.1 OSG與CEGUI結(jié)合開發(fā)系統(tǒng)界面 60
4.2.2 系統(tǒng)場景管理 61
4.2.3 場景菜單內(nèi)容設(shè)計(jì) 62
4.3 模型操縱 64
4.3.1 模型的選擇 64
4.3.2 模型的重置 67
4.4 虛擬裝配與拆卸演示 68
4.5 路徑記錄與回放 71
4.5.1 路徑記錄 71
4.5.2 路徑回放 72
4.6 自動定位約束 74
4.7 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同裝配 77
4.7.1 工作流程 77
4.7.2 基于Windows Sockets的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同裝配 77
4.7.3 具體實(shí)現(xiàn)流程 78
4.8 立體顯示 79
4.8.1 原理與種類 79
4.8.2 雙目視差立體顯示實(shí)現(xiàn)方法 81
4.8.3 OSG中的立體成像技術(shù) 82
第5章 基于UG的煤機(jī)裝備虛擬裝配方法與系統(tǒng) 85
5.1 基于UG的采煤機(jī)虛擬裝配系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 85
5.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 85
5.1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 86
5.1.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境選擇 88
5.1.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 89
5.2 虛擬裝配系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建方法 91
5.2.1 虛擬裝配模型構(gòu)建方法 91
5.2.2 基于XML的虛擬裝配信息框架 93
5.2.3 裝配信息數(shù)據(jù)模型 94
5.2.4 基于XML Schema標(biāo)準(zhǔn)的裝配信息數(shù)據(jù)文件 95
5.2.5 基于XML的裝配信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 96
5.2.6 裝配信息模型的構(gòu)建 97
5.3 基于UG的采煤機(jī)虛擬裝配系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 101
5.3.1 虛擬裝配環(huán)境關(guān)鍵數(shù)據(jù)規(guī)劃 101
5.3.2 自動裝配 104
5.3.3 裝配順序和裝配路徑規(guī)劃 108
5.3.4 裝配過程動態(tài)仿真 111
5.4 基于UG的采煤機(jī)虛擬裝配系統(tǒng)開發(fā) 116
5.4.1 系統(tǒng)應(yīng)用程序框架 116
5.4.2 系統(tǒng)主菜單設(shè)計(jì) 118
5.4.3 裝配體導(dǎo)入模塊開發(fā) 118
5.4.4 自動裝配模塊開發(fā) 120
5.4.5 裝配規(guī)劃模塊開發(fā) 121
5.4.6 裝配規(guī)劃實(shí)例應(yīng)用 123
第6章 煤機(jī)裝備虛擬現(xiàn)實(shí)裝配人機(jī)交互技術(shù)與系統(tǒng) 126
6.1 鼠標(biāo)、鍵盤人機(jī)交互 126
6.1.1 基于軌跡球的場景交互 126
6.1.2 基于鼠標(biāo)的裝配交互 127
6.2 虛擬手人機(jī)交互子系統(tǒng) 129
6.2.1 技術(shù)路線 129
6.2.2 虛擬手模型的建立 130
6.2.3 位置跟蹤器和數(shù)據(jù)手套的關(guān)系建立 135
6.2.4 虛擬手裝配操作 136
6.2.5 基于虛擬手的裝配交互實(shí)現(xiàn) 143
6.3 力反饋人機(jī)交互子系統(tǒng) 143
6.3.1 Phantom Desktop設(shè)備介紹 144
6.3.2 子系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 144
6.3.3 模型導(dǎo)入技術(shù) 146
6.3.4 物體的力覺繪制 148
6.3.5 力反饋操縱模型原理 148
6.3.6 自動定位約束 150
6.3.7 觸覺與視覺渲染模式 151
第7章 煤機(jī)裝備場景仿真和漫游技術(shù)與系統(tǒng) 152
7.1 子系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 152
7.2 綜采工作面場景及動畫建立 153
7.2.1 綜采工作面分析 153
7.2.2 對設(shè)備進(jìn)行建模 153
7.2.3 “三機(jī)配套”圖 155
7.2.4 單個模型運(yùn)動仿真 155
7.2.5 綜采工作面仿真 156
7.3 綜掘工作面場景及動畫建立 158
7.3.1 設(shè)備建模 158
7.3.2 掘進(jìn)機(jī)整機(jī)運(yùn)動仿真 158
7.3.3 作業(yè)順序安排 160
7.3.4 粒子系統(tǒng)的建立 160
7.4 漫游功能的實(shí)現(xiàn) 162
7.4.1 漫游器實(shí)現(xiàn)流程與接口 162
7.4.2 事件響應(yīng) 162
7.4.3 碰撞檢測 163
7.4.4 漫游與場景關(guān)聯(lián) 164
第8章 煤機(jī)裝備虛擬現(xiàn)實(shí)裝配網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)與系統(tǒng) 165
8.1 子系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 165
8.1.1 子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 166
8.1.2 子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 166
8.1.3 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 167
8.2 虛擬現(xiàn)實(shí)資源庫 167
8.3 ActiveX控件技術(shù) 168
8.3.1 編寫OSG-ActiveX控件 168
8.3.2 服務(wù)器端控件發(fā)布 168
8.3.3 客戶端環(huán)境配置 169
8.4 基礎(chǔ)界面設(shè)計(jì) 169
8.5 后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 170
8.6 公共服務(wù)版 172
8.6.1 選擇視頻制作軟件 172
8.6.2 選擇播放的格式 172
8.6.3 網(wǎng)絡(luò)播放代碼與效果測試 172
8.6.4 多視角播放 172
第9章 基于WebGL的煤機(jī)裝備數(shù)字模型技術(shù)與系統(tǒng) 174
9.1 系統(tǒng)總體方案與關(guān)鍵技術(shù) 174
9.1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 174
9.1.2 總體結(jié)構(gòu) 174
9.1.3 功能結(jié)構(gòu) 176
9.1.4 關(guān)鍵技術(shù) 177
9.1.5 運(yùn)行機(jī)制 178
9.1.6 系統(tǒng)發(fā)布 179
9.2 系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的連接方案 180
9.2.1 建立數(shù)據(jù)表 180
9.2.2 數(shù)據(jù)庫查詢技術(shù) 181
9.2.3 模型存儲方案 183
9.3 WebGL 3D顯示技術(shù)應(yīng)用 188
9.3.1 WebGL關(guān)鍵技術(shù) 188
9.3.2 建立幾何模型 190
9.3.3 設(shè)置模型材質(zhì) 190
9.3.4 導(dǎo)入外部模型 191
9.3.5 模型的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放 192
9.3.6 著色器設(shè)置 193
9.3.7 瀏覽器支持情況 194
9.4 模型預(yù)覽方案 195
9.4.1 子頁面設(shè)計(jì) 195
9.4.2 添加3D模型 196
9.4.3 3D動態(tài)模型與裝配過程顯示 196
第10章 系統(tǒng)集成、測試與應(yīng)用 199
10.1 系統(tǒng)集成與頁面設(shè)計(jì) 199
10.2 虛擬裝配與仿真系統(tǒng)測試 203
10.2.1 測試原則 203
10.2.2 測試內(nèi)容 203
10.2.3 測試方法 209
10.2.4 測試步驟 209
10.2.5 測試結(jié)論 210
10.3 虛擬裝配與仿真系統(tǒng)應(yīng)用 211
10.3.1 基于OSG的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用 211
10.3.2 基于UG的虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用 217
10.3.3 場景仿真與漫游系統(tǒng)應(yīng)用 223
10.3.4 虛擬裝配人機(jī)交互應(yīng)用 225
10.3.5 基于Web的虛擬裝配與仿真系統(tǒng)應(yīng)用 229
10.3.6 基于WebGL的虛擬裝配與仿真系統(tǒng)應(yīng)用 231
10.4 系統(tǒng)選擇與比較 235
參考文獻(xiàn) 236