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第1章 虚拟设计总论 1

1．1 虚拟设计及相关技术的概念 2

1．1．1 虚拟设计概述 2

1．1．2 虚拟设计的技术基础“虚拟现实” 5

1．1．3 虚拟设计与虚拟制造的关系 8

1．2 虚拟设计在产品开发中的作用 10

1．2．1 产品开发过程 11

1．2．2 计算机技术对产品开发的意义 12

1．2．3 市场竞争迫切需要开发新一代的计算机辅助设计系统 17

1．2．4 虚拟设计在产品开发中的应用 20

1．3 小结 24

第2章 虚拟设计系统结构 25

2．1 PC机与工作站 25

2．2 虚拟设计系统构造 27

2．3 虚拟环境生成系统 28

2．4 交互技术简述 29

2．4．1 视觉输出 30

2．4．2 三维声音处理器 32

2．4．4 跟踪探测 33

2．4．3 触觉反馈系统 33

2．4．5 语音输入 38

2．5 虚拟现实接口及其任务 40

2．5．1 零部件的生成 41

2．5．2 零部件的变更 42

2．5．3 设计效果查看 43

2．5．4 虚拟现实接口的任务 43

2．6 设计空间接口界面 46

2．6．1 设计空间 47

2．6．2 结点间的转移 48

2．7 小结 49

第3章 虚拟概念设计 50

3．1 概念设计 50

3．2 CAD交互手段的变革 52

3．3 COVIRDS系统 54

3．3．1 设计建模模式 55

3．3．2 人机交互模式 55

3．3．3 修改模式 57

3．4 COVIRDS系统配置及结构 59

3．4．1 样机Ⅰ的系统配置 60

3．4．2样机Ⅱ的结构和配置 61

3．5 效率实验 63

3．6 小结 64

第4章 虚拟装配设计 65

4．1 综述 65

4．1．1 虚拟环境 66

4．1．2 碰撞检测 67

4．1．3 几何约束 67

4．1．4 装配扫过曲面及空间 67

4．2 虚拟装配 68

4．3 虚拟装配与虚拟现实 69

4．3．1 虚拟现实系统到CAD系统的数据转换 69

4．3．2 装配建模与分析 70

4．3．3 装配轨迹定义/扫过空间勾画 70

4．3．4 装配工艺规划 70

4．3．5 基于装配的设计 70

4．4 虚拟装配设计环境 71

4．4．1 虚拟环境的创建 71

4．5 系统配置 72

4．4．4 虚拟装配信息到CAD系统的转换 72

4．4．2 从CAD系统到虚拟装配系统的信息转换 72

4．4．3 零部件装配轨迹信息的创建 72

4．6 VADE系统的应用 74

4．7 VADE样机系统 75

4．7．1 虚拟空间的矫正 76

4．7．2 图形速度 77

4．7．3 使用方便性 77

4．7．4 考虑物理学的模型 77

4．7．5 装配轨迹的编辑 77

4．8 小结 78

4．7．6 虚拟装配标准 78

4．7．7 技术确认 78

第5章 三维立体图像实时动态显示技术 80

5．1 三维图像显示原理 80

5．1．1 从视觉原理到计算机成像 81

5．1．2 虚拟设计系统中的三维图形 81

5．2 虚拟环境中对象定义 83

5．2．1 几何建模 84

5．2．2 动态建模 86

5．2．3 物理属性建模 88

5．2．4 数据库的使用及格式 90

5．3 细节层次处理 93

5．3．1 单元分割法 93

5．3．2 多细节层次模型 94

5．3．3 多细节层次模型自动生成算法 96

5．4 三维立体图形的视觉成像 99

5．4．1 基于投影变换原理的立体图生成算法 100

5．4．2 基于相关性原理的立体图光线跟踪算法 102

5．5 虚拟场景创建的发展趋势 103

5．6．1 计算能力制约实时显示 105

5．6 三维立体图像实时显示 105

5．6．2 实时图形加速器 106

5．6．3 分布式实时处理 108

5．7 小结 109

第6章 虚拟环境中的声音系统 110

6．1 听觉原理 110

6．1．1 耳朵 110

6．1．2 声音的组成和编码处理 111

6．1．3 声波过滤 112

6．2 三维虚拟声音 113

6．1．5 声音解释 113

6．1．4 听觉定位 113

6．2．1 三维虚拟声音的定义与特征 114

6．2．2 三维虚拟声音对虚拟环境的意义 115

6．2．3 三维虚拟声音系统研制的框架指标 117

6．2．4 三维虚拟声音建模 117

6．2．5 三维虚拟声音系统流程 118

6．2．6 三维虚拟声音合成 120

6．2．7 虚拟环境中的声音变换 120

6．2．8 虚拟环境中的声音播放 123

6．3 小结 124

第7章 接触反馈及力量反馈 127

7．1 接触反馈及力量反馈的概念 127

7．2 虚拟触觉系统的构成 128

7．3 接触反馈及力量反馈装置 129

7．3．1 接触反馈装置 130

7．3．2 力量反馈装置 130

7．3．3 动觉反馈装置 132

7．4 小结 133

8．1．1 面向对象程序设计方法 134

8．1 虚拟环境的设计方法 134

第8章 虚拟环境的通用开发系统 134

8．1．2 面向智能体程序设计方法 140

8．1．3 虚拟环境开发系统管理模型 148

8．2 典型的虚拟环境开发系统 151

8．2．1 常见的虚拟环境编辑器 152

8．2．2 分布式虚拟环境开发系统dVS 154

8．2．3 VPL虚拟环境开发系统RB2 156

8．2．4 虚拟环境操作外壳VEOS 162

8．2．5 虚拟环境创建工具MR 163

8．2．6 MultiGen 171

8．2．7 世界工具包WTK 172

8．2．8 DirectX SDK 176

8．2．9 虚拟现实建模语言VRML 179

8．3 小结 182

第9章 虚拟设计技术的综合应用 183

9．1 大众公司现行虚拟设计系统 184

9．1．1 三维交互技术 184

9．1．2 硬件配置 185

9．1．3 系统软件 186

9．2．1 虚拟人“Ramsis” 187

9．2 应用举例 187

9．2．2 利用虚拟模型代替实物模型进行表观查看 188

9．2．3 FEMWalk—有限元计算结果的一个动态处理程序 189

9．2．4 虚拟产品诊所 190

9．2．5 人机工程学模型 192

9．2．6 制造和维修过程中的拆装模拟 193

9．2．7 全球虚拟设计系统 194

9．3 小结 195

10．1．1 由虚拟环境到CAD的数据交换问题 196

10．1 发展虚拟设计系统遇到的问题 196

第10章 虚拟设计系统的问题和展望 196

10．1．2 数据接口 197

10．1．3 数据缩减 197

10．1．4 实时与复杂 198

10．1．5 硬件方面的问题 198

10．1．6 网络传输速度问题 198

10．2 对我国引进和开发虚拟设计系统的建议 198

10．3 小结 199

参考文献 201