机械表三维虚拟仿真与漫游技术研究

发布时间：2017-06-13 00:10

  本文关键词：机械表三维虚拟仿真与漫游技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：虚拟现实技术是一门前沿学科,它与计算机仿真学,环境艺术学等密切相关。在军事,经济,教育,生活等方面都有着广泛的应用和发展前景。本文研究的是机械表三维虚拟仿真与漫游,采用了3ds Max为场景建模工具,以Unity 3D引擎为虚拟现实开发平台,通过JavaScript脚本语言、动画控件进行交互控制,实现机械表仿真与漫游的目的,具有实用参考价值。本系统在实物机械表的基础上划分了具体的功能模块,通过机械表的仿真与漫游,使用户了解机械表内部的传动过程,了解虚拟现实技术的应用。本文完成了以下工作：1.研究了虚拟现实领域国内外发展现状,提出了构建机械表虚拟现实仿真与漫游系统的研究目标。2.分析了构建机械表虚拟现实仿真与漫游系统所面临的若干问题,并确定其中的三维模型优化和简化以及三维机械表仿真问题是其中的两个关键问题。3.研究了三维模型的优化和简化问题,提出了悬孤点、退化三角形、流形的检测和处理方法；研究了基于二次误差的简化算法并利用该算法实现了对模型的简化,然后通过实验验证所提出的方法和算法的有效性。4.研究了机械表结构及其传动系统所遵循的物理规律。以此为基础,利用面向对象方法研究了机械表虚拟场景中各运动对象的属性和方法,描述了场景中各个对象从上满发条开始到弹性势能充分释放为止这个阶段的运动变化规律。5.实现了机械表虚拟现实仿真与漫游系统。实现过程包括机械表静态系统模型的构建、仿真实现和漫游实现三个阶段。构建机械表静态系统模型涉及全部零部件共计104个三维模型的搭建、模型的优化和简化、把零部件组装成为子系统、为零部件添加材质和光照、将各子系统组装成为整系统的过程。仿真和漫游是通过脚本编程实现的。本文在如下两方面实现了创新：其一是以机械表所遵循的物理运动原理为基础,利用面向对象方法研究了机械表虚拟场景中各个对象的运动变化规律。其中重点仿真了机械表发条弹性势能增加和能量释放的过程、传动系的传动过程和擒纵机构的调频过程。据笔者所知,在国内外相关的文献中还没有与本文相似的研究工作,机械表三维虚拟仿真与漫游是全新的工作。其二是对三角网格曲面奇异元素处理技术进行研究,提出了对悬孤点、退化三角形的检测和处理方法；提出了对三角网格曲面非流形的分类和处理方法。这些方法的应用,保证了本文的仿真漫游系统能够稳健流畅地运行。本文对于建立和完善虚拟机械表研究领域的相关理论和方法具有参考价值,本文的研究成果可直接应用于后续的虚拟现实系统如虚拟训练、虚拟装配和虚拟娱乐项目的研究和开发。
【关键词】：机械表 Unity3D 3DS MAX 仿真 漫游
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH714;TP391.9
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景9
• 1.2 虚拟现实技术的研究现状9-12
• 1.2.1 概述9-10
• 1.2.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 构建机械表虚拟现实系统面临的问题12-13
• 1.4 论文章节安排13-14
• 第二章 三维模型的优化和简化方法研究14-26
• 2.1 三维模型格式转换14-15
• 2.1.1 STL文件14-15
• 2.1.2 SMF文件15
• 2.2 三维网格模型的优化15-17
• 2.2.1 对孤悬点的处理16
• 2.2.2 对退化三角形的处理16-17
• 2.3 基于顶点绕行的三角网格模型流形检测17-19
• 2.3.1 流形曲面17-18
• 2.3.2 流形检测算法18-19
• 2.4 基于二次误差度量的三维网格模型简化19-22
• 2.4.1 基于二次误差度量的边折叠简化算法20-22
• 2.5 实验分析22-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 面向对象的机械表仿真研究26-37
• 3.1 传动系统仿真研究的发展现状26-28
• 3.2 机械表结构与原理分析28-32
• 3.3 面向对象的机械表仿真32-36
• 3.3.1 虚拟场景及机械表对象的描述32-34
• 3.3.2 机械表虚拟仿真过程34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 机械表虚拟现实系统37-54
• 4.1 总体设计37-40
• 4.1.1 功能目标37-38
• 4.1.2 开发流程38-40
• 4.2 机械表零部件的建模40-48
• 4.2.1 数据的采集40-43
• 4.2.2 外部建模43-44
• 4.2.3 内部建模44-45
• 4.2.4 模型的优化与简化45
• 4.2.5 组装45-47
• 4.2.6 材质的实现47-48
• 4.2.7 模型的导出与导入48
• 4.3 机械表的仿真48-51
• 4.3.1 发条的仿真49-50
• 4.3.2 擒纵叉的仿真50
• 4.3.3 齿轮传动及其他仿真50-51
• 4.4 机械表的漫游51-52
• 4.4.1 手动漫游51-52
• 4.4.2 自动漫游52
• 4.5 系统发布52
• 4.6 系统实验结果及分析52-53
• 4.7 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 总结54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 附录159-67
• 附录267-68
• 附录368-71
• 致谢71-72

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