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《面向煤機裝備的虛擬實境裝配技術與系統》以虛擬實境、“互聯網+”等新一代信息技術與煤機裝備深度融合為主線，進行了面向煤機裝備的虛擬實境裝配技術研究與應用系統開發。*終實現的系統包括煤機裝備虛擬實境模型資源庫、基於OSG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統、基於UG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統、煤機裝備虛擬實境裝配人機交互技術與系統、煤機裝備場景模擬和漫遊技術與系統、煤機裝備虛擬實境裝配網絡化技術與系統以及基於Web GL的煤機裝備數字模型技術與系統等七部分。
名人/編輯推薦
虛擬實境,應用,採煤機,裝配(機械),研究
目次
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景、目的與意義 1
1.2 研究現狀與動態 3
1.2.1 虛擬裝配 3
1.2.2 煤礦場景模擬 6
1.2.3 虛擬實境交互工具 6
1.2.4 煤礦裝備三維建模 7
1.2.5 基於網絡的信息化服務平臺和虛擬裝配技術 8
1.2.6 基於網絡的數字模型與3D動態設計 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 主要研究內容與總體組織結構圖 12
第2章 面向煤機裝備的虛擬實境裝配技術與系統總體設計 14
2.1 虛擬裝配技術 14
2.1.1 虛擬裝配的定義 14
2.1.2 虛擬裝配的特徵 14
2.1.3 虛擬裝配的分類 16
2.1.4 虛擬裝配的構成 16
2.2 虛擬實境場景模擬技術 17
2.3 系統設計目標 17
2.4 系統總體設計 18
2.4.1 系統體系結構 19
2.4.2 系統結構設計 19
2.5 系統硬體設計 20
2.6 系統軟件設計 23
2.6.1 開發環境 24
2.6.2 開發平臺 24
2.6.3 系統開發技術 26
2.6.4 系統開發軟件選擇 27
2.7 系統功能設計 27
第3章 煤機裝備虛擬實境模型資源庫 32
3.1 系統框架設計 32
3.2 結構層次劃分技術 33
3.3 CAD建模技術 34
3.4 CAD模型轉換與優化技術 37
3.5 CAD模型修復技術 43
3.6 Google 3D Warehouse資源尋找技術 47
3.7 3D MAX場景與動畫製作技術 47
3.8 系統實現 50
第4章 基於OSG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統 53
4.1 煤機裝備裝配序列與路徑規劃方法 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結合的框架 59
4.2.1 OSG與CEGUI結合開發系統接口 60
4.2.2 系統場景管理 61
4.2.3 場景功能表內容設計 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 路徑記錄與重播 71
4.5.1 路徑記錄 71
4.5.2 路徑重播 72
4.6 自動定位約束 74
4.7 網絡協同裝配 77
4.7.1 工作流程 77
4.7.2 基於Windows Sockets的網絡協同裝配 77
4.7.3 具體實現流程 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方法 81
4.8.3 OSG中的立體成像技術 82
第5章 基於UG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統 85
5.1 基於UG的採煤機虛擬裝配系統總體設計 85
5.1.1 系統設計目標 85
5.1.2 系統總體結構設計 86
5.1.3 系統開發環境選擇 88
5.1.4 系統功能設計 89
5.2 虛擬裝配系統資料模型構建方法 91
5.2.1 虛擬裝配模型構建方法 91
5.2.2 基於XML的虛擬裝配信息框架 93
5.2.3 裝配信息資料模型 94
5.2.4 基於XML Schema標準的裝配信息資料檔案 95
5.2.5 基於XML的裝配信息資料結構特點 96
5.2.6 裝配信息模型的構建 97
5.3 基於UG的採煤機虛擬裝配系統功能實現 101
5.3.1 虛擬裝配環境關鍵資料規劃 101
5.3.2 自動裝配 104
5.3.3 裝配順序和裝配路徑規劃 108
5.3.4 裝配過程動態模擬 111
5.4 基於UG的採煤機虛擬裝配系統開發 116
5.4.1 系統應用程式框架 116
5.4.2 系統主功能表設計 118
5.4.3 裝配體導入模組開發 118
5.4.4 自動裝配模組開發 120
5.4.5 裝配規劃模組開發 121
5.4.6 裝配規劃實例應用 123
第6章 煤機裝備虛擬實境裝配人機交互技術與系統 126
6.1 滑鼠、鍵盤人機交互 126
6.1.1 基於軌跡球的場景交互 126
6.1.2 基於滑鼠的裝配交互 127
6.2 虛擬手人機交互子系統 129
6.2.1 技術路線 129
6.2.2 虛擬手模型的建立 130
6.2.3 位置跟蹤器和資料手套的關係建立 135
6.2.4 虛擬手裝配操作 136
6.2.5 基於虛擬手的裝配交互實現 143
6.3 力回饋人機交互子系統 143
6.3.1 Phantom Desktop設備介紹 144
6.3.2 子系統框架設計 144
6.3.3 模型導入技術 146
6.3.4 物體的力覺繪製 148
6.3.5 力回饋操縱模型原理 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 煤機裝備場景模擬和漫遊技術與系統 152
7.1 子系統框架設計 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 單個模型運動模擬 155
7.2.5 綜采工作面模擬 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 掘進機整機運動模擬 158
7.3.3 作業順序安排 160
7.3.4 粒子系統的建立 160
7.4 漫遊功能的實現 162
7.4.1 漫遊器實現流程與接口 162
7.4.2 事件響應 162
7.4.3 碰撞檢測 163
7.4.4 漫遊與場景關聯 164
第8章 煤機裝備虛擬實境裝配網絡化技術與系統 165
8.1 子系統框架設計 165
8.1.1 子系統硬體設計 166
8.1.2 子系統軟件設計 166
8.1.3 子系統結構設計 167
8.2 虛擬實境資源庫 167
8.3 ActiveX控制項技術 168
8.3.1 編寫OSG-ActiveX控制項 168
8.3.2 服務器端控制項發佈 168
8.3.3 用戶端環境配置 169
8.4 基礎接口設計 169
8.5 後臺資料庫設計 170
8.6 公共服務版 172
8.6.1 選擇視頻製作軟件 172
8.6.2 選擇播放的格式 172
8.6.3 網絡播放代碼與效果測試 172
8.6.4 多視角播放 172
第9章 基於WebGL的煤機裝備數字模型技術與系統 174
9.1 系統總體方案與關鍵技術 174
9.1.1 設計目標 174
9.1.2 總體結構 174
9.1.3 功能結構 176
9.1.4 關鍵技術 177
9.1.5 運行機制 178
9.1.6 系統發佈 179
9.2 系統與資料庫的連接方案 180
9.2.1 建立資料表 180
9.2.2 資料庫查詢技術 181
9.2.3 模型存儲方案 183
9.3 WebGL 3D顯示技術應用 188
9.3.1 WebGL關鍵技術 188
9.3.2 建立幾何模型 190
9.3.3 設置模型材質 190
9.3.4 導入外部模型 191
9.3.5 模型的平移、旋轉、縮放 192
9.3.6 著色器設置 193
9.3.7 流覽器支援情況 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動態模型與裝配過程顯示 196
第10章 系統集成、測試與應用 199
10.1 系統集成與頁面設計 199
10.2 虛擬裝配與模擬系統測試 203
10.2.1 測試原則 203
10.2.2 測試內容 203
10.2.3 測試方法 209
10.2.4 測試步驟 209
10.2.5 測試結論 210
10.3 虛擬裝配與模擬系統應用 211
10.3.1 基於OSG的虛擬裝配技術應用 211
10.3.2 基於UG的虛擬裝配技術應用 217
10.3.3 場景模擬與漫遊系統應用 223
10.3.4 虛擬裝配人機交互應用 225
10.3.5 基於Web的虛擬裝配與模擬系統應用 229
10.3.6 基於WebGL的虛擬裝配與模擬系統應用 231
10.4 系統選擇與比較 235
參考文獻 236
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景、目的與意義 1
1.2 研究現狀與動態 3
1.2.1 虛擬裝配 3
1.2.2 煤礦場景模擬 6
1.2.3 虛擬實境交互工具 6
1.2.4 煤礦裝備三維建模 7
1.2.5 基於網絡的信息化服務平臺和虛擬裝配技術 8
1.2.6 基於網絡的數字模型與3D動態設計 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 主要研究內容與總體組織結構圖 12
第2章 面向煤機裝備的虛擬實境裝配技術與系統總體設計 14
2.1 虛擬裝配技術 14
2.1.1 虛擬裝配的定義 14
2.1.2 虛擬裝配的特徵 14
2.1.3 虛擬裝配的分類 16
2.1.4 虛擬裝配的構成 16
2.2 虛擬實境場景模擬技術 17
2.3 系統設計目標 17
2.4 系統總體設計 18
2.4.1 系統體系結構 19
2.4.2 系統結構設計 19
2.5 系統硬體設計 20
2.6 系統軟件設計 23
2.6.1 開發環境 24
2.6.2 開發平臺 24
2.6.3 系統開發技術 26
2.6.4 系統開發軟件選擇 27
2.7 系統功能設計 27
第3章 煤機裝備虛擬實境模型資源庫 32
3.1 系統框架設計 32
3.2 結構層次劃分技術 33
3.3 CAD建模技術 34
3.4 CAD模型轉換與優化技術 37
3.5 CAD模型修復技術 43
3.6 Google 3D Warehouse資源尋找技術 47
3.7 3D MAX場景與動畫製作技術 47
3.8 系統實現 50
第4章 基於OSG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統 53
4.1 煤機裝備裝配序列與路徑規劃方法 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結合的框架 59
4.2.1 OSG與CEGUI結合開發系統接口 60
4.2.2 系統場景管理 61
4.2.3 場景功能表內容設計 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 路徑記錄與重播 71
4.5.1 路徑記錄 71
4.5.2 路徑重播 72
4.6 自動定位約束 74
4.7 網絡協同裝配 77
4.7.1 工作流程 77
4.7.2 基於Windows Sockets的網絡協同裝配 77
4.7.3 具體實現流程 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方法 81
4.8.3 OSG中的立體成像技術 82
第5章 基於UG的煤機裝備虛擬裝配方法與系統 85
5.1 基於UG的採煤機虛擬裝配系統總體設計 85
5.1.1 系統設計目標 85
5.1.2 系統總體結構設計 86
5.1.3 系統開發環境選擇 88
5.1.4 系統功能設計 89
5.2 虛擬裝配系統資料模型構建方法 91
5.2.1 虛擬裝配模型構建方法 91
5.2.2 基於XML的虛擬裝配信息框架 93
5.2.3 裝配信息資料模型 94
5.2.4 基於XML Schema標準的裝配信息資料檔案 95
5.2.5 基於XML的裝配信息資料結構特點 96
5.2.6 裝配信息模型的構建 97
5.3 基於UG的採煤機虛擬裝配系統功能實現 101
5.3.1 虛擬裝配環境關鍵資料規劃 101
5.3.2 自動裝配 104
5.3.3 裝配順序和裝配路徑規劃 108
5.3.4 裝配過程動態模擬 111
5.4 基於UG的採煤機虛擬裝配系統開發 116
5.4.1 系統應用程式框架 116
5.4.2 系統主功能表設計 118
5.4.3 裝配體導入模組開發 118
5.4.4 自動裝配模組開發 120
5.4.5 裝配規劃模組開發 121
5.4.6 裝配規劃實例應用 123
第6章 煤機裝備虛擬實境裝配人機交互技術與系統 126
6.1 滑鼠、鍵盤人機交互 126
6.1.1 基於軌跡球的場景交互 126
6.1.2 基於滑鼠的裝配交互 127
6.2 虛擬手人機交互子系統 129
6.2.1 技術路線 129
6.2.2 虛擬手模型的建立 130
6.2.3 位置跟蹤器和資料手套的關係建立 135
6.2.4 虛擬手裝配操作 136
6.2.5 基於虛擬手的裝配交互實現 143
6.3 力回饋人機交互子系統 143
6.3.1 Phantom Desktop設備介紹 144
6.3.2 子系統框架設計 144
6.3.3 模型導入技術 146
6.3.4 物體的力覺繪製 148
6.3.5 力回饋操縱模型原理 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 煤機裝備場景模擬和漫遊技術與系統 152
7.1 子系統框架設計 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 單個模型運動模擬 155
7.2.5 綜采工作面模擬 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 掘進機整機運動模擬 158
7.3.3 作業順序安排 160
7.3.4 粒子系統的建立 160
7.4 漫遊功能的實現 162
7.4.1 漫遊器實現流程與接口 162
7.4.2 事件響應 162
7.4.3 碰撞檢測 163
7.4.4 漫遊與場景關聯 164
第8章 煤機裝備虛擬實境裝配網絡化技術與系統 165
8.1 子系統框架設計 165
8.1.1 子系統硬體設計 166
8.1.2 子系統軟件設計 166
8.1.3 子系統結構設計 167
8.2 虛擬實境資源庫 167
8.3 ActiveX控制項技術 168
8.3.1 編寫OSG-ActiveX控制項 168
8.3.2 服務器端控制項發佈 168
8.3.3 用戶端環境配置 169
8.4 基礎接口設計 169
8.5 後臺資料庫設計 170
8.6 公共服務版 172
8.6.1 選擇視頻製作軟件 172
8.6.2 選擇播放的格式 172
8.6.3 網絡播放代碼與效果測試 172
8.6.4 多視角播放 172
第9章 基於WebGL的煤機裝備數字模型技術與系統 174
9.1 系統總體方案與關鍵技術 174
9.1.1 設計目標 174
9.1.2 總體結構 174
9.1.3 功能結構 176
9.1.4 關鍵技術 177
9.1.5 運行機制 178
9.1.6 系統發佈 179
9.2 系統與資料庫的連接方案 180
9.2.1 建立資料表 180
9.2.2 資料庫查詢技術 181
9.2.3 模型存儲方案 183
9.3 WebGL 3D顯示技術應用 188
9.3.1 WebGL關鍵技術 188
9.3.2 建立幾何模型 190
9.3.3 設置模型材質 190
9.3.4 導入外部模型 191
9.3.5 模型的平移、旋轉、縮放 192
9.3.6 著色器設置 193
9.3.7 流覽器支援情況 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動態模型與裝配過程顯示 196
第10章 系統集成、測試與應用 199
10.1 系統集成與頁面設計 199
10.2 虛擬裝配與模擬系統測試 203
10.2.1 測試原則 203
10.2.2 測試內容 203
10.2.3 測試方法 209
10.2.4 測試步驟 209
10.2.5 測試結論 210
10.3 虛擬裝配與模擬系統應用 211
10.3.1 基於OSG的虛擬裝配技術應用 211
10.3.2 基於UG的虛擬裝配技術應用 217
10.3.3 場景模擬與漫遊系統應用 223
10.3.4 虛擬裝配人機交互應用 225
10.3.5 基於Web的虛擬裝配與模擬系統應用 229
10.3.6 基於WebGL的虛擬裝配與模擬系統應用 231
10.4 系統選擇與比較 235
參考文獻 236
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