基于语义的虚拟装配仿真模型研究及应用

针对虚拟装配中装配模型的信息完备性与虚拟仿真系统的交互效率之间的矛盾,提出一种轻量化的基于树-图分离结构的虚拟装配模型,该模型包括装配树模型和语义关系图模型。装配树模型以二叉树的形式表达虚拟产品的层次结构以及零部件间的装配顺序,语义关系图以二分图的形式表达零件之间的装配关系。将该模型应用于水轮机组虚拟装配仿真系统中,不仅满足了虚拟仿真过程对装配模型信息表达的要求,而且减少了系统存储负担,提高了交互效率。     

虚拟装配中面贴合感知构造研究

人机交互是虚拟装配的一个重要特性和瓶颈技术，基于碰撞检测的交互无法满足桌面虚拟装配的实时需要，让虚拟环境感知复杂对象关系是解决人机交互问题的一条重要途径，提出了面贴合感知的实现机制，面贴合的感知模式和相应的感知算法，基于面贴合感知的人机交互摆脱了虚拟装配基于碰撞检测的交互模式，从而避免了碰撞检测算法的复杂度，实验证明面贴合感知增强了虚拟环境对装配过程中人的交互意图的理解，同时有效地保证了交互的实时性，是虚拟装配人机交互的有效手段。     

基于增强人机交互技术的虚拟装配

提出了基于虚实融合、增强信息和约束代理的增强交互技术,从视觉、信息和操作三个方面来改善虚拟装配环境的人机交互效率.虚实融合在保留虚拟现实全部交互方式的同时附加真实装配场景来丰富装配过程感知;基于文字和特征表示的增强信息为用户提供装配知识来引导装配操作;约束代理及其匹配规则可视化重建零件装配约束关系并避免了复杂计算.增强人机交互技术为虚拟装配的应用提供了一种便捷的交互手段.最后介绍了虚拟装配辅助支持平台的体系构架,并用实例说明了虚拟装配系统的运行流程.     

复杂约束条件下的分层装配模型

为在装配建模过程中保证信息的完整性,提出基于装配对象属性的分层约束装配模型。以需求块的概念为基础,对装配对象采用先分块再分层的方法进行分组,分析各块、各层之间复杂的约束关系,构建分层约束装配图,完成装配顺序算法的设计。实验结果表明,该模型能有效表达装配形成过程的顺序,实现装配关系的分解和时序化,对象之间的交互过程简单真实且便于操作。     

面向虚拟装配的三维交互平台

针对当前装配领域的特点，提出一个面向虚拟装配的三维交互平台（Virtual Assembly Toolkit,VAT），VAT中包含了新的三维交互思想，定义了装配领域中常有的三维交互原语，设计和实现了交互原语的捕获，解释和处理框架，同时，VAT封装了三维图形构造，零件间的约束和碰撞检测等功能，VAT可以大大简化虚拟装配应用的构造，便于应用的快速生成。     

基于分布式虚拟环境的装配约束语义模型

装配约束是用来支持分布式虚拟环境中装配交互操作的关键信息．装配约束信息的抽象性关系到对装配单元行为的支持力度，装配约束信息的组织机制决定了分布式虚拟装配计算机实现的效率．针对目前装配约束的抽象和使用方面存在的问题，首先研究装配约束的语义抽象与表达，从产品装配应用域中捕获知识，提取共性，归纳装配约束基本语义并形式化表达；然后提出一种扩展对象语义建模方法，通过该方法对装配约束语义进行组织，赋予其功能行为特性，构建装配约束语义模型．通过VEADAM系统实例，装配约束语义模型能够有效地支持分布式虚拟装配的实现，并能很好地适应应用的变化和扩展．     

虚拟装配中感知机制构造

虚拟装配的一个重要特性是交互性.要提高系统的交互性能,就要合理地分担人和机器的认知负荷,虚拟环境的感知机制是实现这一目标的重要方法.在形式地描述了虚拟装配系统结构后,提出虚拟装配中复合对象的感知机制,同时给出了装配交互中的感知模式,对感知过程给出了分析和构造.桌面虚拟装配的构造实践证明了所提出的感知机制具有很好的交互实时性,对于用户意图理解有较大的帮助作用     

交互式拆卸引导装配路径规划方法研究

在分析研究虚拟装配中的装配路径生成办法的基础上,根据实际需要提出了以交互式拆卸引导的装配路径规划方法的装配路径规划优化算法.算法主要通过人机交互的方式,记录零部件在拆卸过程中不同状态下每一步关键点的位置姿态信息.根据装配过程是拆卸过程反演的原则,通过“拆卸引导”形成零部件的装配路径,经过多次人机交互调试最终实现装配的最优路径.该算法的目的是生成无碰撞、无干涉的优化装配路径,从而实现虚拟环境中零部件更快捷、有效地装配.     

面向虚拟装配的装配建模及其重构

装配建模是进行虚拟装配的前提和基础，决定着虚拟装配实施的质量和效率。针对虚拟装配中装配建模问题，介绍一种多视图层次化的装配模型，给出了模型的信息组成和信息来源，并很好地解决了在此模型基础上的重构问题。     

面向装配工序交叉的虚拟装配工艺信息模型

虚拟装配工艺规划中目前大都采用装配顺序描述装配过程,但尚无法表达装配工序交叉和设计中的安装布置'捌整等问题.考虑设计阶段和制造阶段的装配要求,建立了基于装配任务的装配工艺信息模型.该模型以多层次的装配进程表达产品装配工艺过程,通过任务对象的交叉安装表达工序交叉和安装布置凋整,并给出了装配调整策略;针对冗余装配任务提出了装配任务合并方法.最后通过实例验证了文中模型的正确性和有效性.     

Object－Oriented Modeling of Virtual Assembly Process

Virtual assembly is a Virtual Reality (VR) based engineering application which allows engineers to evaluate, analyze, and plan the assembly of mechanical systems. To model the virtual assembly process, new methodology must be applied. Based on the idea that the virtual assembly system is an event driven system, the interactive behavior and information model is proposed to describe the dynamic process of virtual assembly. Definition of the object-oriented model of virtual assembly is put forward.     

基于矩阵运算的虚拟装配体拆卸过程建模方法

现有装配体建模方法在描述虚拟维修训练中装配体拆卸过程时,存在的信息冗余大、建模过程复杂等缺点,在研究现有装配体建模方法和分析装配过程与拆卸过程差异的基础上,提出了一种面向虚拟维修拆卸过程的建模方法。该方法以矩阵描述装配体模型,用矩阵运算描述零部件拆卸过程,简化了建模过程,减少了模型数据量,为虚拟维修训练系统的快速构建提供了一种思路和方法。     

虚拟环境中装配设计语义的表达、传递与转化研究

研究了虚拟环境产品装配建模过程中装配语义的表达、装配语义与装配约束的转化技术,提出了采用语义－约束图对装配设计语义与约束进行维护。通过语义－约束图可以从语义层次和约束层次对产品装配模型进行编辑和维护。提出了采用模糊参量表达和处理产品装配设计中的模糊语义。基于模糊参量的语义表达不仅为设计信息输入提供了更大的自由度,而且扩展了计算机对模糊信息的处理能力,有利于产品设计意图的维护。通过产品装配信息从抽象到具体、从模糊到精确的转化,实现了虚拟装配设计系统对抽象、模糊设计信息的表达、传递与处理。     

设备拆装混合现实系统中的拆装逻辑设计

针对机械部件在拆装过程中存在设备投资大、损耗程度高、危险性大、拆装效率低等问题, 本文采用混合现实技术, 设计出一套虚拟拆装系统. 其中, 拆装逻辑是拆装系统的核心, 拆装系统的通用性取决于拆装逻辑的设计. 为了解决虚拟拆装系统通用性差的问题, 本文通过对常见机械模型的连接方式和装配关系进行分析和总结, 设计出一种基于图遍历算法的数据结构来表达各个模型的逻辑关系, 并针对特种阀门、六关节机械臂等设备的拆装进行实验. 实验结果表明: 该拆装逻辑解决了拆装顺序的可定义和通用性等问题, 能够对模型部件按工艺流程进行虚拟拆解和装配, 最终实现虚拟拆装系统的通用性.     

Construction of feature-matching perception in virtual assembly

An important characteristic of virtual assembly is interaction.Traditional direct manipulation in virtual assembly relies on dynamic collision detection,which is very time-consuming and even impossible in desktop virtual assembly environment.Feature-matching is a critical process in harmonious virtual assembly,and is the premise of assembly constraint sensing.This paper puts forward an active object-based feature-matching perception mechanism and a feature-matching interactive computing process,both of which make the direct manipulation in virtual assembly break away from collision detection.They also help to enhance virtual environment understandability of user intention and promote interaction performance.Experimentl results show that this perception mechanism can ensure that users achieve real-time direct manipulation in desktop virtual environment.     

基于循环迭代的飞机虚拟拆装过程建模方法

将循环迭代法应用于飞机虚拟拆装,研究飞机的拆装过程,提出一种基于循环迭代的虚拟拆装过程建模方法。结合飞机拆装过程动态循环的特性和虚拟人拆装行为并行相似的特点,建立虚拟人拆装行为参数化模型,规范虚拟人拆装行为的统一表达;在此基础上,分析虚拟人与部件的交互关系,构造虚拟人拆装行为、拆装次序、部件状态之间的迭代函数,建立虚拟拆装过程模型,实现虚拟人拆装行为的参数化描述和部件拆装过程的表达。以分布式虚拟维修训练平台中的集中故障显示接口组件拆装为例,对该方法进行仿真验证和比对,结果表明,以虚拟人拆装行为变化表示的部件状态变化使部件的拆装更易于表达,拆装训练效率有所提高。     

面向虚拟装配的产品层次信息表达研究

提出了将虚拟装配中的产品属性与行为信息分为产品层、特征层、几何拓扑层以及显示层。通过产品层次信息模型中的数据映射与约束映射,实现产品信息的层次间关联。面向虚拟装配的产品层次信息模型在满足虚拟现实实时性要求的同时,不仅保持了CAD静态设计信息的完整性,还表达了零件在虚拟环境中的动态行为信息。     

Human knowledge acquisition from 3D interaction in virtual environments

Recently,virtual environment (VE) based design and planning,which is a kind of interaction intensive computing,has shown great potential.Most users of such systems are specialists or technicians and their 3D interactions with the system embed a great deal of knowledge and skills.Thus,how to integrate human knowledge and skills into VE is a great challenge to researchers in the human computer interaction field.This paper proposes a method for acquiring user knowledge from VE.The main ideas and work include,abstracting the interactive process and formalizing the interactive semantics,as well as providing a semantic model of an interactive information repository,from which user interactive processes can be retrieved and all kinds of application logics can be established.A virtual assembly planning system is introduced as an example of a practical application of this method.Experiments show that the related models can well capture user knowledge and retrieve the interaction process.