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。     

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     

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。     

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。     

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.     

虚拟装配中快速碰撞检测算法的研究与实现

针对虚拟装配中碰撞检测的特殊要求，提出了一种基于包围盒与空间剖分法的两级碰撞检测算法HSDHBB。该算法首先用空间剖分法找出潜在的相交区域，然后用包围盒求得碰撞的三角面片对和精确的碰撞点。给出了层次包围盒树的构造方法和空间网格的剖分方法，在空间剖分中采用哈希表的数据结构加快检索速度。最后，在CATIA环境中实现了该算法，结果表明该算法能够满足虚拟装配系统的实时性和精确性的要求。     

基于VRML-Java的虚拟装配系统开发

在讨论虚拟装配技术内涵的基础上,提出基于VRML-Java的虚拟装配系统体系结构,该系统实现了装配模型与显示模型的分离,以及系统的平台无关性。分析了虚拟装配环境的构建方法,论述了产品装/拆运动的表示及变换、虚拟装配过程控制策略、虚拟装配中的碰撞检测方法,以及Java与VRML的通信等系统实施的关键技术。开发了虚拟装配仿真软件,以球阀为例进行了验证。     

基于混合模型的虚拟装配关键技术研究

针对虚拟装配中采用多边形网格模型引起的组件定位困难和碰撞检测精度低等问题,提出一种采用精确几何模型及其对应的多边形网格模型的混合模型作为底层数据,支持精确装配的虚拟装配系统构造方法,并基于Parasolid和Vir-tools平台进行了实现。基于混合模型的碰撞检测能根据计算精度和时间要求自适应求解,在速度快的同时,满足高精度碰撞检测要求;基于混合模型的组件装配,采用离散采样点定义装配路径,通过装配几何约束交互式定义限制组件的运动范围,通过自由度规约、装配约束求解实现了零部件精确定位,通过四元数插值实现装配路径中零部件位姿的平滑过渡,能满足高精度的装配要求。该方法已经在开发的多个系统中得到验证和应用。     

基于CAD网络分布式虚拟装配环境实现

复杂装配体中零部件碰撞检测实时响应是虚拟装配中的瓶颈,针对以上不足,提出基于CAD网络分布式的虚拟装配环境。,在CAD服务器端的装配体中,构建包括自身的零件两两精确碰撞检测所需时间表,包容盒快速碰撞检测得到所需进行精确碰撞检测的零件对及其总时间,贪婪法快速分配零件对任务给各客户机;利用面向连接的TCP/IP套接字(Socket)协议进行数据传送,在CAD客户机端进行零部件碰撞检测计算,碰撞结果通过网络返回CAD主机,解决了碰撞检测的实时性响应问题。并在散货装船机装配过程仿真中得到成功应用。     

虚拟现实技术在计算机组装实验的中应用

提出了虚拟计算机组装体系结构,实现了基于虚拟现实技术的虚拟计算机组装原型系统,探讨了在虚拟组装中Vega Prime场景的控制及渲染技术、碰撞检测算法以及计算机零件模型的实时编辑和定位等技术,并将其应用于实践,验证了所构建虚拟装配系统的可行性.     

Collision detection methodologies for rigid body assembly in a virtual environment

In this paper, a simulated three-dimensional virtual environment is created with a virtual 3D track ball for virtual object control. We propose a new technique called HV Partition to detect accurate collision in the assembly of two polyhedral solids in virtual simulation. This is a solid interference detection methodology achieved by automatically partitioning the object into smaller solid boxes. An important advantage of this methodology compared with other approaches is that it can deal with non-convex objects. This means that mechanical components, represented by non-convex polyhedra, traversing any degree of freedom, can be used in this virtual environment. Using this HV Partition method, the precise interference between two polyhedral solid objects can be found. The HV Partition methodology is applied following initial approximate collision detection using traditional bounding box and bounding sphere methods. The smaller the number of smaller boxes, the quicker is the performance of the collision algorithm. An optimal partition method is also given to reduce the number of smaller boxes in an object.     

A desktop VR prototype for industrial training applications

The recent advances in computer graphics has spurred interest from both academics and industries in virtual reality (VR) enabled training applications. This paper presents a desktop VR prototype for industrial training applications. It is designed and implemented as a general shell by providing the data interface to import both the virtual environment models and specific domain knowledge. The geometric models of the virtual environment are constructed using feature-based modelling and assembly function by external CAD tools, and then transferred into the prototype through a conversion module. A hierarchical structure is proposed to partition and organise these imported virtual environment models. Based on this structure, a visibility culling approach is developed for fast rendering and user interaction. The case study has demonstrated the functionality of the proposed prototype system by applying it to a maintenance training application for a refinery bump system, which, in general, has a large number of polygons and a certain depth complexity. Significant speedup in both context rendering and response to user manipulations has been achieved to provide the user with a fast system response within the desktop virtual environment. Compared with the immersive VR system, the proposed system has offered an affordable and portable training media for industrial applications.The work was done in Nanyang Technological University.     

Physics-based virtual reality for task learning and intelligent disassembly planning

Physics-based simulation is increasingly important in virtual manufacturing for product assembly and disassembly operations. This work explores potential benefits of physics-based modeling for automatic learning of assembly tasks and for intelligent disassembly planning in desktop virtual reality. The paper shows how realistic physical animation of manipulation tasks can be exploited for learning sequential constraints from user demonstrations. In particular, a method is proposed where information about physical interaction is used to discover task precedences and to reason about task similarities. A second contribution of the paper is the application of physics-based modeling to the problem of disassembly sequence planning. A novel approach is described to find all physically admissible subassemblies in which a set of rigid objects can be disassembled. Moreover, efficient strategies are presented aimed at reducing the computational time required for automatic disassembly planning. The proposed strategies take into account precedence relations arising from user assembly demonstrations as well as geometrical clustering. A motion planning technique has also been developed to generate non-destructive disassembly paths in a query-based approach. Experiments have been performed in an interactive virtual environment including a dataglove and motion tracker that allows realistic object manipulation and grasping.     

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.     

浅谈虚拟微机组装技术的研究应用

提出了虚拟微机组装体系结构,实现了基于虚拟现实技术的虚拟微机组装原型系统,探讨了在虚拟组装中Vega Prime场景的控制及渲染技术、碰撞检测算法、及微机零件模型的实时编辑和定位等技术,并将其应用于实践,验证了所构建虚拟装配系统的可行性。     

桌面环境下的笔式三维交互框架

笔输入和三维交互结合是研究三维交互范型的一种新方法。提出一个桌面虚拟环境下的笔式三维交互框架,包含交互原语和交互任务构造两个核心组件。首先采用词法到语法的二级封装机制来生成高级事件和交互原语,然后综合交互上下文、用户修正和手势识别实现基本交互任务到复杂交互任务的整合机制。框架中内嵌的手势交互、约束感知和混合交互技术能有效降低任务分解和模式切换带来的认知负担,提高交互自然性。     

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。     

基于框架的虚拟装配系统研究

根据框架理论构建虚拟装配系统,将典型装配过程性知识封装到过程框架中并在系统中保存。系统采用场景匹配的方式来捕获用户的交互意图,提高了系统的认知能力。以匹配成功的过程框架引导装配活动,并根据框架中规定的动作和时机来完成装配件的精确定位,有效克服了操作者通过交互设备对装配零件运动控制不精确的问题。     

虚拟拆卸环境中工具的操作技术

在虚拟拆卸环境中借助工具拆除紧固零件，能够使虚拟环境下的拆卸活动更加真实，有利于获得符合工程实际的拆卸序列．提出工具定位约束的概念，对虚拟拆卸环境中工具的操作技术进行了深入研究．首先分析工具的拆卸操作过程；然后对常用工具的工具定位约束进行研究，并论述了虚拟环境中工具精确定位的实现方式；最后以Bell-roller产品装配体模型为例，在沉浸式虚拟环境中基于工具定位约束、操作螺钉起子和扳手完成紧固零件的拆除。