面向煤機裝備的虛擬現(xiàn)實裝配技術(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)絡的信息化服務平臺和虛擬裝配技術(shù) 8
1.2.6 基于網(wǎng)絡的數(shù)字模型與3D動態(tài)設計 9
1.2.7 機械裝備公共服務平臺設計 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 面向煤機裝備的虛擬現(xiàn)實裝配技術(shù)與系統(tǒng)總體設計 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)實場景仿真技術(shù) 17
2.3 系統(tǒng)設計目標 17
2.4 系統(tǒng)總體設計 18
2.4.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 19
2.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 19
2.5 系統(tǒng)硬件設計 20
2.6 系統(tǒng)軟件設計 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)功能設計 27
第3章 煤機裝備虛擬現(xiàn)實模型資源庫 32
3.1 系統(tǒng)框架設計 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)實現(xiàn) 50
第4章 基于OSG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統(tǒng) 53
4.1 煤機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)容設計 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)絡協(xié)同裝配 77
4.7.3 具體實現(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的煤機裝備虛擬裝配方法與系統(tǒng) 85
5.1 基于UG的采煤機虛擬裝配系統(tǒng)總體設計 85
5.1.1 系統(tǒng)設計目標 85
5.1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計 86
5.1.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境選擇 88
5.1.4 系統(tǒng)功能設計 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標準的裝配信息數(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 96
5.2.6 裝配信息模型的構(gòu)建 97
5.3 基于UG的采煤機虛擬裝配系統(tǒng)功能實現(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的采煤機虛擬裝配系統(tǒng)開發(fā) 116
5.4.1 系統(tǒng)應用程序框架 116
5.4.2 系統(tǒng)主菜單設計 118
5.4.3 裝配體導入模塊開發(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)劃實例應用 123
第6章 煤機裝備虛擬現(xiàn)實裝配人機交互技術(shù)與系統(tǒng) 126
6.1 鼠標、鍵盤人機交互 126
6.1.1 基于軌跡球的場景交互 126
6.1.2 基于鼠標的裝配交互 127
6.2 虛擬手人機交互子系統(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現(xiàn) 143
6.3 力反饋人機交互子系統(tǒng) 143
6.3.1 Phantom Desktop設備介紹 144
6.3.2 子系統(tǒng)框架設計 144
6.3.3 模型導入技術(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)框架設計 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 對設備進行建模 153
7.2.3 “三機配套”圖 155
7.2.4 單個模型運動仿真 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 設備建模 158
7.3.2 掘進機整機運動仿真 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 漫游功能的實現(xiàn) 162
7.4.1 漫游器實現(xiàn)流程與接口 162
7.4.2 事件響應 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 煤機裝備虛擬現(xiàn)實裝配網(wǎng)絡化技術(shù)與系統(tǒng) 165
8.1 子系統(tǒng)框架設計 165
8.1.1 子系統(tǒng)硬件設計 166
8.1.2 子系統(tǒng)軟件設計 166
8.1.3 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 167
8.2 虛擬現(xiàn)實資源庫 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)界面設計 169
8.5 后臺數(shù)據(jù)庫設計 170
8.6 公共服務版 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 設計目標 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 運行機制 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 設置模型材質(zhì) 190
9.3.4 導入外部模型 191
9.3.5 模型的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放 192
9.3.6 著色器設置 193
9.3.7 瀏覽器支持情況 194
9.4 模型預覽方案 195
9.4.1 子頁面設計 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、測試與應用 199
10.1 系統(tǒng)集成與頁面設計 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)應用 211
10.3.1 基于OSG的虛擬裝配技術(shù)應用 211
10.3.2 基于UG的虛擬裝配技術(shù)應用 217
10.3.3 場景仿真與漫游系統(tǒng)應用 223
10.3.4 虛擬裝配人機交互應用 225
10.3.5 基于Web的虛擬裝配與仿真系統(tǒng)應用 229
10.3.6 基于WebGL的虛擬裝配與仿真系統(tǒng)應用 231
10.4 系統(tǒng)選擇與比較 235
參考文獻 236