本文關(guān)鍵詞：虛擬裝配中控制與交互的關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在機械裝配領(lǐng)域,通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了具有高效、環(huán)保、經(jīng)濟等特點的虛擬裝配技術(shù),它能夠讓使用者沉浸于虛擬空間中,并對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸、外觀樣式、裝配可行性等進行驗證,從而及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的各種問題,提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。然而,在當(dāng)前大多數(shù)虛擬裝配系統(tǒng)中,缺少自然、直接、易用的交互方式,造成這類系統(tǒng)普遍存在“使用不方便”和“交互不自然”等問題,嚴(yán)重影響了使用者的操作體驗。本文針對虛擬裝配中控制與交互的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,主要包括著色器技術(shù)、包圍盒碰撞檢測技術(shù)以及手勢識別技術(shù),并以某型號的減速箱作為應(yīng)用實例,驗證了本課題虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計的可行性。本文通過采用多通道立體投影技術(shù)、體感交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等,設(shè)計并實現(xiàn)了一套集教學(xué)、科研、演示、匯報功能于一體的大幅面沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)。論文首先確定了沉浸式虛擬裝配平臺的總體設(shè)計方案,構(gòu)建系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺,并選用Unity3d虛擬現(xiàn)實開發(fā)引擎對系統(tǒng)的軟件進行開發(fā)。其次,在系統(tǒng)沉浸性方面,通過著色器技術(shù)分別對GPU的頂點、像素處理過程進行控制,增強了圖像的輸出畫質(zhì)和效果,從而為操作者提供強烈的視覺沉浸感;在系統(tǒng)實時性方面,通過包圍盒碰撞檢測技術(shù)解決了零件模型間相互穿透的現(xiàn)象,并使用近似模型包圍盒的替代方法,減少了相交測試時系統(tǒng)資源的消耗,提高了系統(tǒng)實時響應(yīng)的速度;在系統(tǒng)交互方面,通過Leap Motion的光學(xué)解決方案,使操作者在無需穿戴任何體感設(shè)備的條件下直接使用雙手與虛擬對象進行交互,并使用該設(shè)備的手勢識別技術(shù)對裝配過程進行控制,從而為系統(tǒng)提供了自然、直接、易用的全新交互方式。再次,通過對虛擬裝配系統(tǒng)軟件的框架、結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計,結(jié)合Unity3d軟件實現(xiàn)了具有用戶登錄驗證、場景跳轉(zhuǎn)、立體UI交互等功能的虛擬裝配系統(tǒng)軟件,并將其發(fā)布到Windows平臺上。最后,通過在虛擬裝配平臺上運行虛擬減速箱裝配實驗,并對其進行相關(guān)測試,以此為例論證了本文設(shè)計的虛擬裝配系統(tǒng)的可行性。本文的研究工作對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械工程中的其他應(yīng)用研究、工業(yè)自動化生產(chǎn)線仿真、物流中心立體倉庫虛擬仿真和虛擬制造技術(shù)等領(lǐng)域的研究具有一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：虛擬現(xiàn)實 虛擬裝配 碰撞檢測 人機交互
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG95;TP311.52
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 課題的提出10-11
• 1.2 研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 課題的研究背景11-12
• 1.2.2 虛擬裝配系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12
• 1.2.3 虛擬裝配關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 課題的研究目的和意義14-15
• 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第2章 沉浸式虛擬裝配平臺的總體設(shè)計17-23
• 2.1 虛擬裝配平臺的功能及特點17-18
• 2.2 虛擬裝配平臺的結(jié)構(gòu)及組成18-22
• 2.2.1 平臺的硬件組成18-20
• 2.2.2 平臺的軟件開發(fā)20-22
• 2.3 虛擬裝配軟件開發(fā)的關(guān)鍵問題分析22
• 2.3.1 系統(tǒng)實時性問題22
• 2.3.2 系統(tǒng)交互控制問題22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 軟件開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用23-33
• 3.1 著色器技術(shù)23-26
• 3.1.1 渲染管線23-24
• 3.1.2 著色器的編程語言24-25
• 3.1.3 基于Unity3d的著色器技術(shù)應(yīng)用25-26
• 3.2 包圍盒碰撞檢測技術(shù)26-29
• 3.2.1 包圍盒26-29
• 3.2.2 包圍盒碰撞檢測技術(shù)的應(yīng)用29
• 3.3 手勢識別技術(shù)29-31
• 3.3.1 手勢識別方法的分類30
• 3.3.2 Leap Motion的手勢識別30-31
• 3.3.3 Leap Motion手勢識別技術(shù)的應(yīng)用31
• 3.4 本章小結(jié)31-33
• 第4章 虛擬裝配系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)33-40
• 4.1 系統(tǒng)軟件的設(shè)計33-35
• 4.1.1 軟件的框架設(shè)計33-34
• 4.1.2 軟件的功能設(shè)計34-35
• 4.2 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)35-39
• 4.2.1 場景模型的制作35-36
• 4.2.2 用戶界面的制作36-38
• 4.2.3 虛擬裝配系統(tǒng)軟件的發(fā)布38-39
• 4.3 本章小結(jié)39-40
• 第5章 虛擬裝配系統(tǒng)軟件的應(yīng)用與測試40-48
• 5.1 虛擬減速箱裝配實驗的設(shè)計40-42
• 5.1.1 實驗的整體框架設(shè)計40-41
• 5.1.2 實驗?zāi)Ｊ皆O(shè)計41
• 5.1.3 裝配過程及操作流程設(shè)計41-42
• 5.2 虛擬減速箱裝配實驗的實現(xiàn)42-45
• 5.2.1 虛擬實驗場景的實現(xiàn)42-43
• 5.2.2 實驗的具體化43-44
• 5.2.3 虛擬實驗的發(fā)布44-45
• 5.3 虛擬減速箱裝配實驗的測試45-47
• 5.3.1 虛擬裝配平臺的設(shè)置45-46
• 5.3.2 虛擬減速箱裝配實驗的測試46-47
• 5.3.3 實驗總結(jié)47
• 5.4 本章小結(jié)47-48
• 第6章 總結(jié)與展望48-50
• 6.1 本文總結(jié)48-49
• 6.2 研究展望49-50
• 參考文獻50-52
• 致謝52-53
• 附錄 一53

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