增强现实环境下的产品装配引导技术

以增强现实环境下引导产品装配为目标,建立了面向增强装配过程的统一 信息模型,管理文字、几何和产品装配特征等可视化引导信息。采用基于标志物的视觉跟踪 技术实现虚拟零件和视频中真实零件的注册定位,通过建立虚拟和真实装配场景的深度图处 理增强装配场景中虚实物体的遮挡关系。利用虚实零件的注册位置把装配引导信息叠加到装 配视频场景中。并开发了演示系统,分析和说明了增强现实环境下引导产品进行装配的过程。     

虚拟手交互中约束类物体操作研究

虚拟手技术是虚拟现实技术中的一种交互方式，是指通过手势识别技术将人的真实手映射到虚拟环境中并与虚拟物体进行交互操作的人机交互方式。主要应用于虚拟训练、虚拟手术和虚拟装配等领域。对虚拟手交互的约束类对象进行了研究，提出了基于运动学的约束类物体操作方法，解决了阀门类有约束物体交互中虚拟手姿态不真实、操作不可控的问题。设计实验验证了基于运动学的方法能以符合实际操作的效果完成虚拟现实系统中的操作任务，可以应用到虚拟训练、虚拟装配等仿真平台。     

复杂机电产品线缆虚实融合装配体系构建及其关键技术

针对传统的基于实物样机的线缆模拟装配实验方法造成的效率低、精确度低、装配 质量和可靠性难以得到保证等问题,提出一种面向复杂机电产品的线缆虚实融合装配方法。首先 在分析了增强现实技术应用于线缆装配的优势基础上,构建了基于增强现实的线缆虚实融合装配 体系;其次,对装配体系中涉及到的关键技术进行了介绍,重点对线缆三维注册技术、线缆虚实 遮挡技术、线缆虚实光照技术以及相机标定与跟踪技术等关键技术进行了阐述;最后介绍了线缆 虚实融合装配研究内容,给出了基于增强现实的线缆虚实融合装配系统运行流程。     

实物界面下的虚拟装配

基于增强现实技术,将实物用户界面应用到虚拟装配系统中,在单摄像头的条件下,将虚拟零件模型加载至实物标记上,用户通过操作实物标记来控制虚拟模型,完成装配过程。相比于传统的虚拟装配交互方式,增强了用户操作的切实感。根据装配任务需求设计了4类实物标记。提出了3种交互技术,包括接近性原理,匹配约束信息提示与判定,以及视点控制等,并且结合碰撞检测来实现精确而又自然的虚拟装配。该系统可以帮助设计人员方便地对产品设计进行分析和改进,降低用户的学习难度。     

面向虚拟环境的装配体模型研究

人机交互是虚拟装配的本质特性和技术瓶颈，能反映交互过程的装配体模型构造，是虚拟装配领域的一个关键问题，给出一种时序的装配体模型，对时序的聚合关系、时序的约束关系以及时序的行为结构给出定义和分析，为实现该模型，还给出了零件的中间模型和对象复杂行为构造，同时对虚拟装配直接操作的交互过程、交互模式及装配工艺知识给出了时序的形式描述，这是连接人机交互与装配体模型以及模型与工艺生成的桥梁．一致的表示模型减少了交互装配信息的冗余性，有利于提高交互信息的复用，为交互生成工艺提出了新方法。     

利用深度图像的虚实物体碰撞交互研究与实现

对传统增强现实系统中虚拟物体与真实物体难以进行碰撞交互的问题,提出一种对深度图像中的场景进行分割,并基于分割结果构建代理几何体的方法来实现虚、实物体的碰撞交互。采用Kinect等深度获取设备获取当前真实场景的彩色图像信息和深度图像信息;通过深度图像的法向聚类及平面拟合技术来识别出场景中的主平面区域;对除去主平面区域的其他聚类点云区域进行融合处理,得到场景中的其他主要物体区域;为识别出的主平面构建虚拟平面作为该平面的代理几何体,为分割出的物体构建包围盒来作为其代理几何体。将这些代理几何体叠加到真实物体上,并对之赋予物理属性,即可模拟实现虚拟物体与真实物体的碰撞交互。实验结果表明,该方法可有效分割简单场景,从而实现虚实交互。     

基于OpenGL ES的移动增强现实虚实融合

传统移动增强现实系统中虚拟模型和场景之间存在明显的视觉差异,不能够给予用户良好、逼真的真实体验在基于移动增强现实系统中使用OpenGL ES技术来实现高逼真度的虚实场景融合,研究内容主要包括三维虚拟模型的解析、渲染及管理和虚实融合场景图层设计的关系,最终完成高渲染性、高融合度的虚实融合场景的构建.实验结果表明,在OpenGL ES环境下,可以将三维虚拟物体注册到真实场景中,达到了虚实融合的效果,为用户展示出高沉浸度、无缝的视觉体验.     

桌面虚拟装配系统中眼动跟踪技术的应用

人机交互是虚拟装配的本质特性和技术瓶颈,本文分析了中虚拟装配中的眼动特征,提出了基于空间和情景的眼动模式;将眼动跟踪与直接操作相结合,研究了眼动跟踪技术在桌面虚拟装配系统中的应用。     

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3DMouse的虚拟仿真系统人机交互技术

为了提高虚拟仿真系统的人机交互性,增强虚拟现实的沉浸感,并结合对虚拟装备仿真系统人机交互性能的需求分析,提出了一种基于Open Inventor技术的三维鼠标视点控制方法.利用三维鼠标的操作模式与工作原理,建立了一种新的仿真系统人机交互模型,从而解决了三维鼠标作为人机交互设备与虚拟仿真系统集成的问题,实现了操作者操纵三位鼠标在虚拟场景中的漫游和装备三维对象模型的动态控制.三维鼠标浏览路径数据的保存和导入功能可实现反复多角度的观察虚拟装备的装配和工艺过程,使装备的操作和维护培训效果显著,该技术可应用在多种虚拟装备仿真系统中.     

基于虚拟现实的煤矿设备装配仿真系统研究

针对煤矿大型设备装配存在拆装繁琐和成本高的问题,以采煤机、液压支架、掘进机和提升机为研究对象,采用虚拟现实技术设计并实现了一套由虚拟装配子系统、场景仿真与漫游子系统组成的虚拟装配与仿真系统.利用Maya对大型设备建模,通过VS程序设计,在Unity中进行交互控制,实现了设备的虚拟装配与拆卸、采煤工作面的虚拟仿真漫游功能.系统有效地提高了训练效果,形象逼真地再现了煤矿井下生产过程,具有良好的沉浸性和交互性.测试表明:经该仿真系统训练与使用,有效提高了设备实际装配与拆卸能力,同时降低了成本,具有显著的实际应用效果.     

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。     

基于Java 3D的交互式三维动画的研究

为了建立基于工程图学的虚拟实验室,在计算机的屏幕上虚拟现实中零件的装配,笔者通过对两种虚拟语言VRML与Java 3D的分析比较,选定以Java 3D为虚拟平台,在引入.obj文件的基础上,按照现实中零件的安装和工作过程,通过设定相应的程序来实现零件的交互和装配过程,并完成了对零件交互式三维装配动画以及工作原理的论述。以压板为例,给出了一个基于Java 3D的交互式三维装配动画的例子,实现了该装配体在虚拟现实中的要求,达到了虚拟装配的目的。从而验证了该方法在现实零件装配中的预见性和优越性。     

虚拟拆卸中多方式交互技术的应用

通过分析虚拟环境下不同人-机交互方式的特点，结合对产品装配体进行人工拆卸的操作活动，提出面向虚拟拆卸的人-机-零件间的多方式交互操作方法，在虚拟环境下研究和利用手抓取操作、手势操作、语音命令和3D虚拟菜单等多种交互方式对产品零部件进行自然、直观的人工拆卸，人机结合进行产品的装配／拆卸序列规划。     

虚拟装配中基于相对于位置的碰撞干涉检测

对基于虚拟装配的碰撞检测和碰撞干涉问题进行了描述，提出了碰撞干涉检测的相对位置法。实验表明，该方法能够很好地满足虚拟装配系统的实时性和交互性要求。     

采煤机虚拟现实装配仿真系统研究

针对煤矿装备虚拟装配应用问题,基于Visual Studio 2010、OSG、Cegui、VC++等 软件平台和相关硬件设备,搭建了功能完整、使用方便、交互性好、沉浸感强的某型号电牵引采 煤机虚拟现实装配应用系统,详细描述了系统的功能结构、技术方案与构建方法;针对构建方法 中的模型制作技术,结合UG 与3DsMax 的建模优势,提出先在UG 中建立CAD 精确模型,后 利用3DsMax 对模型进行转换、修改、优化和渲染,最终生成高质量虚拟现实模型的模型处理方 法,弥补了艺术类模型装配精度较低和工程CAD 模型很难直接生成虚拟现实模型的不足。     

VRML 虚拟现实网络互动仿真装配平台的研究

在计算机上实现了虚拟装配的流程以及运用VRML 创建可视化的三维虚 拟场景,提出了一种基于VRML 和Java 的虚拟现实构建方法,以增强VRML 虚拟场景与外 界的交互性,并通过实例提出了创建网络虚拟装配交互仿真的具体方案。该方法不仅可用于 演示网络环境下的可视化装配,也适用于基于VRML 的其它领域科学可视化。     

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.