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目录 1

1.1 虚拟制造及自动化 1

第1章 虚拟制造及自动化简介 1

1.2 虚拟现实简介 2

1.3 代表性应用软件 7

1.4 虚拟制造的重要成果：未来的虚拟工厂 9

1.5 虚拟制造模型发展中需要考虑的问题 11

补充阅读资料 13

参考文献 13

第2章 三维计算机图形与几何变换原理 15

2.1 简介 15

2.2 虚拟世界与观察者空问 15

2.2.1 虚拟观察者定位 16

2.2.2 XYZ轴定角方法 16

2.2.3 XYZ轴欧拉角 20

2.2.4 四元数 22

2.3 透视投影 34

2.3.1 透视投影及视野 36

2.3.2 映射到显示装置 37

2.4 视锥、视野和裁剪平面 38

2.5 用来消除隐藏面的Z缓冲器 38

2.6 光照模型 39

2.6.1 点光源 39

2.7 反射模型 40

2.7.1 漫反射 40

2.6.2 多光源 40

2.7.2 镜面反射 41

2.7.3 环境反射 41

2.8 颜色模型 42

2.9 渲染 43

2.10 反走样 44

2.11 物体几何变换 45

补充阅读资料 47

参考文献 47

练习 48

第3章 虚拟现实原理 51

3.1 立体透视投影 51

3.2 简单三维建模 54

3.2.1 多边形网格 54

3.2.2 模型构建技术 59

3.2.3 模型装配技术 60

3.2.4 模型准备、确认和修复：快速原型制造实例 61

3.3 实时图像生成 65

3.3.1 延迟与帧频率 66

3.4 细节程度 67

3.5 实例 67

3.6 用户-对象交互 84

3.6.1 二维形状抓取 85

3.6.2 三维对象抓取 87

3.6.3 飞行 88

练习 89

补充阅读资料 89

参考文献 89

第4章 基于遥测的深度恢复 93

4.2 由立体视觉恢复第三维信息 93

4.1 简介 93

4.3 特征提取和匹配 95

4.3.1 数字图像量化 95

4.3.2 图像滤波 96

4.3.3 图像分割 100

4.3.4 边缘检测 105

4.3.5 边缘连接 110

4.3.6 拐角检测 112

4.3.7 立体匹配方法 114

4.4 照相机模型与定标 117

4.4.1 透视照相机模型 117

4.4.2 照相机定标 118

4.4.3 图像定标点搜寻 121

4.4.4 再论立体视觉 122

4.5 免定标深度恢复 125

4.5.1 技术发展水平 125

4.5.2 基于遥测的三维重构 126

4.5.3 在噪声情况下的深度和焦距同步优化 129

补充阅读资料 138

参考文献 139

练习 141

第5章 基于视点的多视角形状恢复 143

5.1 简介 143

5.2 德劳内三角剖分初步 143

5.3 现有形状恢复技术及其局限 147

5.3.1 Boissonnat技术 147

5.3.2 三维α形状 148

5.4.1 形状恢复算法 152

5.4 基于视点的形状恢复方法 152

5.4.2 检验点是否在多边形内 154

5.4.3 去除冗余四面体 156

5.4.4 去除隐藏三角形 157

5.4.5 修正表面法向 158

5.4.6 性能与复杂性分析 159

5.4.7 举例 160

补充阅读资料 162

参考文献 163

6.1 简介 165

第6章 制造系统自动化混合跟踪 165

6.2 混合跟踪系统与运动跟踪一般方法 167

6.3 混合跟踪器预定标 169

6.4 违反视线约束 171

6.5 混合跟踪器操作 171

6.6 应用于人体运动跟踪 173

补充阅读资料 177

参考文献 177

练习 178

7.1 简介 181

第7章 精确碰撞检测 181

7.2 碰撞检测技术 182

7.2.1 解析方法 182

7.2.2 几何方法 182

7.3 针对虚拟制造的碰撞检测技术 187

补充阅读资料 200

参考文献 200

8.1 简介 201

第8章 运动建模 201

8.2 轨迹描述 202

8.3 轨迹建模 204

8.4 确定运动参数 207

补充阅读资料 211

参考文献 211

第9章 远程协同式虚拟制造体系结构 213

9.1 虚拟制造网格数据结构 213

9.1.1 场景图的局限 213

9.1.2 VML结构与对象库 215

9.2 四元体节点结构 218

9.3 虚拟制造脚本 220

9.3.1 VMS需求 220

9.3.2 VMS分类 221

9.3.3 VMS描述 223

9.4 实例：用VML-VMS实现任务自动执行 225

9.5 实例：用VML-VMS实现任务交互执行 228

9.5.1 网络规划 228

9.5.2 带宽研究 229

补充阅读资料 231

参考文献 232

第10章 用计算流体力学和虚拟现实实现特殊场所气流设计 233

10.1 简介 233

10.2 制造行业的通风 233

10.3 CFD和VR用于污染控制 235

10.4 实验设计：房间设置参数化 238

10.5 结果 243

10.6 解析方法 248

10.7 虚拟现实应用 257

10.8 结论 260

参考文献 261

附录1 B样条曲线拟合 263

附录2 线性方程超定系统的伪逆解法 267

附录3 卡尔曼滤波简介 269

附录4 卡尔曼滤波器应用于头部和手部跟踪 273

附录5 虚拟现实建模语言 275