虚拟维修仿真理论与技术PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　虚拟现实的概念 1

1.1.1 虚拟现实的定义 1

1.1.2　虚拟现实的特征 2

1.1.3　虚拟现实的类型 3

1.1.4　虚拟现实系统的组成 5

1.2　虚拟现实的发展历史与发展趋势 7

1.2.1 虚拟现实的发展历史 7

1.2.2　虚拟现实技术发展趋势 9

1.3　虚拟现实技术在维修相关领域的应用及现状 11

1.3.1 虚拟现实技术的主要应用领域 11

1.3.2　虚拟现实技术在维修领域的应用及研究现状 14

第2章　虚拟维修系统 19

2.1　虚拟维修概述 19

2.1.1 虚拟维修的定义 19

2.1.2　虚拟维修的分类 20

2.1.3　虚拟维修的特点 22

2.1.4　虚拟维修及相关技术的关系 23

2.2　虚拟维修系统 26

2.2.1 虚拟维修系统的要求 26

2.2.2　虚拟维修系统的一般结构 27

2.2.3 以产品设计为中心的非沉浸式虚拟维修系统结构 29

2.2.4 以产品设计为中心的沉浸式虚拟维修系统结构 31

2.3　虚拟维修的关键技术 33

2.3.1　虚拟维修主要技术领域 33

2.3.2　虚拟维修关键技术 35

2.3.3 虚拟维修对仿真技术的要求 37

2.4　虚拟维修系统开发过程 37

第3章　虚拟维修仿真的硬件与软件基础 42

3.1　虚拟维修仿真的硬件 42

3.1.1 概述 42

3.1.2　虚拟现实机器 43

3.1.3　三维位置跟踪器 44

3.1.4　触觉、力觉反馈装置 46

3.1.5　显示设备 49

3.1.6　数据手套 53

3.1.7 三维鼠标 54

3.1.8　数据衣 55

3.1.9　3D声音生成器 56

3.2　虚拟维修仿真软件基础 57

3.2.1 VRML 57

3.2.2 WTK 58

3.2.3 Envision 58

3.2.4 Safework 59

3.2.5 Jack 59

3.3　虚拟场景的生成 60

3.3.1 虚拟场景静态模型的建立 60

3.3.2　虚拟场景动态模型的建立 61

第4章　虚拟维修仿真中的交互技术 63

4.1　概述 63

4.1.1 概念 63

4.1.2　人机交互技术的发展历程 64

4.1.3　人机交互技术的主要研究领域 65

4.1.4　虚拟维修仿真中交互技术的研究方法 69

4.2　行进 71

4.2.1 常用交互技术 71

4.2.2　行进的结构划分 75

4.2.3　性能评价指标 77

4.2.4 外部因素 78

4.3　选择和操纵 79

4.3.1　操纵方法 79

4.3.2 常用的交互技术 80

4.3.3　任务的结构划分 82

4.3.4　性能评价指标 82

4.3.5 外部因素 84

4.4　交互技术的评价 85

4.4.1 性能评价的三个阶段 85

4.4.2　沉浸式虚拟环境中交互技术的基本设计准则 86

4.5　多通道交互 87

4.5.1 多通道交互的定义 88

4.5.2 多通道人—机交互技术 89

4.5.3 多通道用户界面的特点 91

4.5.4 多通道用户界面的概念模型 92

4.5.5 手势识别 94

4.5.6　话音识别 99

4.5.7 多通道用户界面评价 103

第5章　虚拟维修仿真中的碰撞检测技术 105

5.1　概述 105

5.1.1 概念 105

5.1.2　影响碰撞检测算法性能的因素 106

5.1.3　基本算法和典型问题 108

5.2　两物体间的碰撞检测方法 109

5.2.1　碰撞检测方法的分类 110

5.2.2 包围盒方法 111

5.2.3 两物体间精确碰撞检测的加速 116

5.3　多物体对检测问题 121

5.4　碰撞检测算法软件包 124

第6章　虚拟人的模型 126

6.1　虚拟人体模型概述 126

6.1.1 虚拟人的定义及其特点 126

6.1.2　虚拟人体模型的应用领域 127

6.1.3 虚拟人体模型的种类 129

6.2　虚拟人体几何模型 130

6.2.1　表面及边界几何模型 131

6.2.2 实体几何模型 133

6.2.3　Peabody模型 136

6.2.4　虚拟维修仿真中的人体几何模型 141

6.3　虚拟人体的运动与动作模型 141

6.3.1 位置和姿态的表示 142

6.3.2　正向运动学方法 144

6.3.3 逆向运动学方法 148

6.3.4　动作模型 163

6.4　行为模型 175

6.4.1　行为建模概述 175

6.4.2　基于智能体的行为建模 176

6.4.3　HOS模型 179

6.5　多虚拟人系统模型 182

6.5.1 多虚拟人的基本模型 182

6.5.2 多虚拟人系统的协作、协商和协调 184

第7章　虚拟维修样机技术 189

7.1　概述 189

7.1.1 虚拟维修样机的内涵 189

7.1.2　虚拟维修样机技术体系结构 190

7.2　虚拟维修样机几何建模 195

7.2.1 CAD几何数据处理 195

7.2.2　数据格式转换 195

7.2.3　样机层次结构的建立 197

7.3　虚拟维修样机交互特征建模 201

7.3.1 维修特征 201

7.3.2　交互特征建模 205

7.4　基于约束的交互行为规划与仿真 211

7.4.1 基于约束的交互行为规划 211

7.4.2　基于Pat-net的交互行为仿真技术 213

7.4.3　Pat-net管理交互行为的设计 216

第8章　虚拟维修仿真的过程仿真技术 219

8.1 概述 219

8.1.1 常见的仿真技术途径 219

8.1.2　面向维修过程仿真的维修分解 222

8.1.3 维修过程仿真的基本思路 224

8.2　虚拟维修人员的移动仿真 227

8.2.1 维修人员移动的分类及研究方法分析 228

8.2.2　维修人员平面移动仿真方法 231

8.2.3　初始化 233

8.2.4　路径规划 235

8.2.5　仿真结果与分析 242

8.2.6　运动优化 244

8.3　虚拟维修人员维修操作仿真 245

8.3.1 维修操作的仿真方法 246

8.3.2　基于PRM和经验数据的维修操作仿真 249

8.3.3 基于RRT和反向运动算法的维修操作仿真 261

8.4　沉浸式虚拟维修人员仿真 269

8.4.1 虚拟人运动控制 269

8.4.2　交互技术 274

第9章　虚拟维修仿真中的拆装规划技术 278

9.1　维修拆装建模 278

9.1.1 维修拆装信息模型 278

9.1.2 配合约束关系模型 281

9.1.3　基于层次关系和关联关系的维修拆装结构模型 283

9.1.4　维修拆卸结构关系模型 297

9.1.5 紧固件描述模型 302

9.2　维修拆装序列规划 303

9.2.1 维修拆装规划的特殊性 303

9.2.2 典型拆卸顺序规划方法 304

9.2.3　基于层次关系和关联关系的维修拆卸序列规划 305

9.2.4　基于维修拆卸结构关系模型的拆卸序列规划 309

9.3　可拆卸性与可行拆卸方向规划 322

9.3.1　基本概念 322

9.3.2　可拆卸性与可行移动方向确定 324

9.4　确定一组可行的移动方向 327

9.4.1 可行移动方向的表示 327

9.4.2　确定包含所有移动方向的空间 330

9.4.3　计算所有移动方向的空间 332

9.5　考虑套装配合情况 335

9.5.1 拆卸方向的完整处理 337

9.5.2　确定拆卸方向举例 339

9.5.3　拆卸方向集的量化 339

9.6　拆装作业推理与工具选择 341

9.6.1 基本规则的定义 342

9.6.2　拆卸作业的推理 346

9.6.3 紧固件操作工具的选择 348

第10章　虚拟维修仿真在维修性分析与评价中的应用 351

10.1 维修性分析与评价的目的 351

10.2　基于虚拟维修仿真的维修性分析与评价 351

10.2.1　基本思路 351

10.2.2　维修障碍分析 353

10.2.3　维修难度评价 360

10.2.4　维修时间预计 364

10.3　基于虚拟维修仿真的维修性分析与评价系统设计 365

10.3.1 系统概述及总体结构 365

10.3.2 系统主要功能 368

10.3.3 VMSAS与PDM系统的集成 370

10.4　系统实例应用 373

参考文献 380