虚拟装配中控制与交互的关键技术研究

发布时间：2017-04-26 18:01

  本文关键词：虚拟装配中控制与交互的关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在机械装配领域,通过虚拟现实技术的应用产生了具有高效、环保、经济等特点的虚拟装配技术,它能够让使用者沉浸于虚拟空间中,并对产品的结构尺寸、外观样式、装配可行性等进行验证,从而及时发现产品设计的各种问题,提高产品质量和降低生产成本。然而,在当前大多数虚拟装配系统中,缺少自然、直接、易用的交互方式,造成这类系统普遍存在“使用不方便”和“交互不自然”等问题,严重影响了使用者的操作体验。本文针对虚拟装配中控制与交互的关键技术进行了研究,主要包括着色器技术、包围盒碰撞检测技术以及手势识别技术,并以某型号的减速箱作为应用实例,验证了本课题虚拟装配系统设计的可行性。本文通过采用多通道立体投影技术、体感交互技术、虚拟现实技术等,设计并实现了一套集教学、科研、演示、汇报功能于一体的大幅面沉浸式虚拟装配系统。论文首先确定了沉浸式虚拟装配平台的总体设计方案,构建系统的硬件开发平台,并选用Unity3d虚拟现实开发引擎对系统的软件进行开发。其次,在系统沉浸性方面,通过着色器技术分别对GPU的顶点、像素处理过程进行控制,增强了图像的输出画质和效果,从而为操作者提供强烈的视觉沉浸感;在系统实时性方面,通过包围盒碰撞检测技术解决了零件模型间相互穿透的现象,并使用近似模型包围盒的替代方法,减少了相交测试时系统资源的消耗,提高了系统实时响应的速度;在系统交互方面,通过Leap Motion的光学解决方案,使操作者在无需穿戴任何体感设备的条件下直接使用双手与虚拟对象进行交互,并使用该设备的手势识别技术对装配过程进行控制,从而为系统提供了自然、直接、易用的全新交互方式。再次,通过对虚拟装配系统软件的框架、结构和功能的设计,结合Unity3d软件实现了具有用户登录验证、场景跳转、立体UI交互等功能的虚拟装配系统软件,并将其发布到Windows平台上。最后,通过在虚拟装配平台上运行虚拟减速箱装配实验,并对其进行相关测试,以此为例论证了本文设计的虚拟装配系统的可行性。本文的研究工作对虚拟现实技术在机械工程中的其他应用研究、工业自动化生产线仿真、物流中心立体仓库虚拟仿真和虚拟制造技术等领域的研究具有一定的参考价值。
【关键词】：虚拟现实 虚拟装配 碰撞检测 人机交互
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG95;TP311.52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 课题的提出10-11
• 1.2 研究背景及国内外研究现状11-14
• 1.2.1 课题的研究背景11-12
• 1.2.2 虚拟装配系统的研究现状12
• 1.2.3 虚拟装配关键技术的研究现状12-14
• 1.3 课题的研究目的和意义14-15
• 1.4 本课题研究的主要内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 沉浸式虚拟装配平台的总体设计17-23
• 2.1 虚拟装配平台的功能及特点17-18
• 2.2 虚拟装配平台的结构及组成18-22
• 2.2.1 平台的硬件组成18-20
• 2.2.2 平台的软件开发20-22
• 2.3 虚拟装配软件开发的关键问题分析22
• 2.3.1 系统实时性问题22
• 2.3.2 系统交互控制问题22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 软件开发中关键技术的研究与应用23-33
• 3.1 着色器技术23-26
• 3.1.1 渲染管线23-24
• 3.1.2 着色器的编程语言24-25
• 3.1.3 基于Unity3d的着色器技术应用25-26
• 3.2 包围盒碰撞检测技术26-29
• 3.2.1 包围盒26-29
• 3.2.2 包围盒碰撞检测技术的应用29
• 3.3 手势识别技术29-31
• 3.3.1 手势识别方法的分类30
• 3.3.2 Leap Motion的手势识别30-31
• 3.3.3 Leap Motion手势识别技术的应用31
• 3.4 本章小结31-33
• 第4章 虚拟装配系统软件的设计与实现33-40
• 4.1 系统软件的设计33-35
• 4.1.1 软件的框架设计33-34
• 4.1.2 软件的功能设计34-35
• 4.2 系统软件的实现35-39
• 4.2.1 场景模型的制作35-36
• 4.2.2 用户界面的制作36-38
• 4.2.3 虚拟装配系统软件的发布38-39
• 4.3 本章小结39-40
• 第5章 虚拟装配系统软件的应用与测试40-48
• 5.1 虚拟减速箱装配实验的设计40-42
• 5.1.1 实验的整体框架设计40-41
• 5.1.2 实验模式设计41
• 5.1.3 装配过程及操作流程设计41-42
• 5.2 虚拟减速箱装配实验的实现42-45
• 5.2.1 虚拟实验场景的实现42-43
• 5.2.2 实验的具体化43-44
• 5.2.3 虚拟实验的发布44-45
• 5.3 虚拟减速箱装配实验的测试45-47
• 5.3.1 虚拟装配平台的设置45-46
• 5.3.2 虚拟减速箱装配实验的测试46-47
• 5.3.3 实验总结47
• 5.4 本章小结47-48
• 第6章 总结与展望48-50
• 6.1 本文总结48-49
• 6.2 研究展望49-50
• 参考文献50-52
• 致谢52-53
• 附录 一53

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