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现代信息科技 2024年第14期8卷 54-58页

作者：程思博李智白翱中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

随着虚拟现实技术日益成熟,其在工业制造领域得到了广泛的应用,为产品可装配性验证和装配培训提供了新的途径。现阶段虚拟装配培训领域的研究主要集中在虚拟环境的真实感设计、用户界面与交互设计、硬件设计与优化等方面,其中存在对算... 详细信息

随着虚拟现实技术日益成熟,其在工业制造领域得到了广泛的应用,为产品可装配性验证和装配培训提供了新的途径。现阶段虚拟装配培训领域的研究主要集中在虚拟环境的真实感设计、用户界面与交互设计、硬件设计与优化等方面,其中存在对算法实时性和硬件设备计算性能要求高的问题。文章提出一种面向虚拟装配培训的约束引导通道轻量化构建方法,解耦约束引导通道的模型构建和引导使用两个阶段,采用离线预先计算约束引导通道的方法,提高了在线检测碰撞阶段效率和实时性;结合WebGL技术的跨平台优势,复用前序装配工艺仿真数据,提升了虚拟装配场景的可交互性。

关键词： Three.js 虚拟装配培训三维可视化轻量化构建方法

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虚拟装配培训系统的研究与实现

虚拟装配培训系统的研究与实现

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作者：姚丽丽山东大学

学位级别：硕士

随着信息技术的飞速发展,特别是三维交互技术和虚拟现实技术（VR）的发展,传统的装配培训教育模式已落后于时代的发展。机械设备拆装培训一直受装备机件庞大,不易教学,设备机件成本高,实习器材匮乏等因素的困扰;另外实际拆装练习损耗大... 详细信息

随着信息技术的飞速发展,特别是三维交互技术和虚拟现实技术（VR）的发展,传统的装配培训教育模式已落后于时代的发展。机械设备拆装培训一直受装备机件庞大,不易教学,设备机件成本高,实习器材匮乏等因素的困扰;另外实际拆装练习损耗大,训练效益低,训练周期长,另外培训场地有限,无法满足大批量培训学员的要求。在这种情况下,在机械培训教育中引入虚拟装配技术,且虚拟装配培训方式越来越体现了它的优势,它以产品的三维数字化模型为基础,借助于虚拟现实的人机交互设备,在计算机上仿真产品装配操作的全过程,为现场机械学生培训和示教。它引导着机械教育培训发展的方向,有利于提高教育水平和学生素质。为打破装配培训中的各种限制,本文在虚拟装配技术和三维交互技术研究基础上设计并实现了虚拟装配培训系统,提出了一个装配过程定义和学生学习相分离的系统框架。实现了教师对装配过程的制作,拆装过程动画播放,学员装配模拟训练和半自动拆卸等功能。本文中采用行为描述模型BDM,并用BDM来定义操作过程,拆装序列以及拆装过程中挂接的多维媒体信息,方便的组织和存储设备拆装过程,同时也便于动画演示的实现。使用XML来定义描述模型,XML是一种自描述性很强的语言,这有助于更精确地声明内容,方便跨越多种平台的更有意义的搜索结果。系统中使用分层的任务模型和状态图来控制三维交互,易于运动状态跟踪,并及时做出反馈。动画演示部分将行为描述模型进行解析,分层控制,使用线程来控制其演示。另外为减少教师工作量,设计了半自动拆卸的功能,使用基于优先约束的启发式布局算法来实现三维零部件的有序布局展示,根据零部件的优先约束关系由拓扑排序方法获得拆卸顺序,根据金角定位规则计算零部件可以放置的位置,然后将零部件拆卸并移动到相应的位置,移动过程中进行干涉检查。本文采用OSG和C++编程语言实现装备机件三维装配培训系统,具有控制灵活、装配效果逼真、可扩展性良好的特点。基于本文研究成果开发出的装配软件,可降低装备维修人员培训成本,使培训变得方便、简单,还可以用于远程培训,大大的提高了教学效果,具有较好的应用前景。

关键词：虚拟装配培训行为描述模型三维布局

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基于约束的力反馈虚拟装配培训系统设计

基于约束的力反馈虚拟装配培训系统设计

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作者：姜伟中国科学技术大学

学位级别：硕士

本课题设计了一种新的基于约束的力反馈虚拟装配培训系统。系统使用Virtools引擎作为显示引擎,Havok引擎用来创造物理环境,提出装配约束的设计来辅助装配,并使用力反馈器作为人机交互设备。装配培训系统中主要有4个核心模块：1)物理引... 详细信息

本课题设计了一种新的基于约束的力反馈虚拟装配培训系统。系统使用Virtools引擎作为显示引擎,Havok引擎用来创造物理环境,提出装配约束的设计来辅助装配,并使用力反馈器作为人机交互设备。装配培训系统中主要有4个核心模块：1)物理引擎模块;2)约束模块;3)力反馈模块;4)机构运动仿真模块。物理引擎可以轻易的创造一佃物理环境,提高虚拟环境在视觉方面的真实性。提出基于约束的装配来解决将物理引擎引入虚拟装配中带来的问题,即物理引擎难以处理有插入的装配。同时,约束的引入,使得在空间装配中,不需要准确感知零件在三维空间中的深度,在处理有插入的装配时,缩减了装配培训时间,提高了装配培训效率。为了解决物理引擎的运算速度(00Hz)远低于力渲染的更新频率(000Hz)。采用异步通信的方式,通过共享内存实现进程间的数据通信。力的计算分为重力,碰撞检测力以及约束力。重力计算的由零件的包围盒大小决定。使用弹簧质点模型来进行碰撞时力的大小计算,主要变量为碰撞后力反馈器的真实位置和光标显示位置之间距离以及力反馈器手柄移动速度。约束力分为移动约束力和转动约束力矩。移动约束力又分为滑动约束力和销钉约束力。机构的运动仿真可以用来测试是否正确装配。和CAD软件中常见的机构运动仿真相比,在装配培训系统中的运动仿真有力的反馈,增强了与虚拟环境的交互性。除了装配培训系统中的核心模块,还通过多个挂件丰富了系统的功能。本设计的创新点在于：1)设计了基于约束的力反馈虚拟装配培训系统。与传统基于鼠标键盘的虚拟装配相比,使用力反馈器进行交互提高交互的真实感。相比于传统的基于约束的虚拟装配,三角面片模型的创建和物理引擎实现了快速碰撞检测和模拟更真实的虚拟环境,大大增加了虚拟环境视觉真实性。相比于单一的物理碰撞虚拟装配系统,约束的引入又在尽可能不影响显示真实性的情况下大大提高了装配的效率;2)基于拆卸的装配序列生成方法。操作人员不仅可以根据拆卸的顺序得到初始的装配顺序。同时,可以根据动画,对现有的装配顺序作出改变。同时,拆卸过程也是零件自动记录约束信息的过程;3)除了显示模块和物理引擎模块,系统中其它所有的功能都是可以关闭的。这种“挂件”系统的设计思路可以减少进程在运行中的内存消耗和CPU的运算。

关键词：虚拟装配培训力反馈约束物理引擎

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基于力反馈的虚拟装配培训系统实现

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工业控制计算机 2016年第7期29卷 85-87页

作者：姜伟郑津津王伟中国科学技术大学安徽合肥230000

设计开发了基于力反馈的虚拟装配培训系统。系统相对于传统的虚拟装配,引入了力反馈设备Phantom Premium 1.5,并提出了重力和碰撞力大小的计算方法。同时,引入物理引擎Havok,不仅用于零件间的碰撞检测,更赋予零件物理属性,增加了零件在... 详细信息

设计开发了基于力反馈的虚拟装配培训系统。系统相对于传统的虚拟装配,引入了力反馈设备Phantom Premium 1.5,并提出了重力和碰撞力大小的计算方法。同时,引入物理引擎Havok,不仅用于零件间的碰撞检测,更赋予零件物理属性,增加了零件在虚拟环境中状态的真实性。为了解决物理引擎和力渲染运算速度不一致问题,提出将力的计算和力的渲染进程独立开方式,通过共享内存,使用异步通信方式实现进程间的数据通信。同时,该培训系统对于任意装配模型,只需要简单设置装配序列以及绘制装配路径,就可以用来实现装配培训功能,缩短了装配培训的准备时间。

关键词：虚拟装配培训物理引擎力反馈装配序列和装配路径

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