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上篇 理论基础篇1

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 虚拟现实的四个重要特征1

1．1．3 虚拟现实的组成3

1．2 虚拟现实的发展历程和研究现状4

1．2．1 虚拟现实的发展历程4

1．2．2 国外虚拟现实技术的研究现状6

1．2．3 国内虚拟现实技术的研究现状8

1．3 虚拟现实技术的主要应用领域9

1．3．1 工程应用9

1．3．2 医学领域的应用11

1．3．3 教育培训领域的应用12

1．3．4 军事应用12

1．4 本书的目的13

参考文献14

第2章 虚拟现实技术体系结构17

2．1 虚拟现实技术与计算机仿真的关系17

2．1．1 一个典型的计算机仿真系统——齿轮加工仿真系统17

2．1．2 虚拟现实环境实例19

2．1．3 虚拟现实技术与计算机仿真的关系20

2．2 虚拟现实技术的体系结构21

2．2．1 虚拟环境的系统结构21

2．2．2 虚拟现实系统的组成模块21

2．2．3 虚拟环境的实现方法22

2．3 虚拟现实系统的分类23

2．3．1 沉浸式虚拟现实系统23

2．2．2 非沉浸式虚拟现实系统24

2．3．3 叠加式虚拟现实系统25

2．4 虚拟设计/虚拟制造系统的体系结构25

2．4．1 虚拟设计的特点25

2．4．2 虚拟设计/虚拟制造的优点25

2．4．3 虚拟设计与传统CAD/CAM系统的区别26

2．4．4 理想的虚拟设计系统的结构27

2．4．5 虚拟设计/虚拟制造/虚拟装配/虚拟企业总体框架27

参考文献28

第3章 虚拟现实硬件基础29

3．1 概论29

3．2 3D位置跟踪器29

3．3 传感手套31

3．3．1 触觉与力反馈31

2．3．2 力学反馈手套32

3．3．3 压力反馈系统32

3．3．4 VPL数据手套33

3．3．5 PowerGlove手控器34

3．3．6 CyberGlove34

3．4 三维鼠标35

3．5 数据衣37

3．6 触觉和力反馈的装置37

3．7 立体显示设备38

3．7．1 头盔式显示器HMD38

3．7．2 特殊的头部显示器BOOM39

3．7．3 立体眼镜39

3．7．4 立体投影显示40

3．7．5 3D显示器41

3．8 3D声音生成器42

参考文献43

第4章 虚拟现实软件技术44

4．1 引言44

4．2 VRML详解44

4．2．1 VRML概述44

4．2．2 VRML文件框架结构45

4．2．3 VRML环境设置46

4．2．4 VRML光效设置49

4．2．5 虚拟场景几何建模52

4．2．6 虚拟场景浏览55

4．3 虚拟世界工具包WTK57

4．3．1 WTK概述57

4．3．2 WTK的结构和对象机制58

4．3．3 WTK的仿真流程管理58

4．3．4 WTK的场景结构59

4．3．5 传感器61

4．3．6 三维立体声61

4．3．7 以WTK为开发工具的虚拟现实系统61

参考文献62

第5章 虚拟设计中的建模技术63

5．1 概论63

5．2 几何建模63

5．2．1 几何建模概述63

5．2．2 模型的描述64

5．2．3 几何模型的数据结构65

5．2．4 三维实体建模技术67

5．2．5 参数化建模69

5．3 基于特征的建模71

5．3．1 特征技术的研究概况71

5．3．2 特征建模技术的特点72

5．3．3 特征的定义与分类73

5．3．4 特征设计方法74

5．3．5 基于特征的约束分析78

5．4 基于特征的参数化建模79

5．4．1 基于约束的特征描述79

5．4．2 特征结构图元参数化79

5．4．3 特征之间的约束建模80

5．4．4 轴类零件的参数化建模过程80

5．4．5 程序实现82

参考文献83

下篇 应用篇85

第6章 虚拟实验示例——虚拟风洞85

6．1 概述85

6．2 虚拟汽车风洞的基本组成85

6．3 虚拟汽车风洞的实现86

6．3．1 系统建模86

6．3．2 网格生成技术86

6．3．3 车身绕流场的数值模拟90

6．3．4 SIMPLE算法92

6．3．5 三维流场的可视化93

6．4 虚拟风洞的流场分布与试验95

6．4．1 风洞试验95

6．4．2 阻力系数、升力系数与试验结果的对比分析96

6．5 小结96

参考文献96

第7章 一个基于图像的汽车虚拟原型98

7．1 基于图像的虚拟现实技术概论98

7．1．1 定义98

7．1．2 国内外研究现状98

7．2 基于图像的三维重建技术研究现状99

7．3 原始图像的获取方法101

7．4 基于射影几何的封闭空间形成原理103

7．5 构建封闭纹理影射空间104

7．5．1 纹理影射基本方法104

7．5．2 构建图像纹理影射空间105

7．6 汽车内部空间三维重建实例106

参考文献107

第8章 虚拟装配108

8．1 虚拟装配的概述108

8．1．1 概论108

8．1．2 虚拟装配定义109

8．1．3 虚拟装配特点110

8．2 虚拟装配环境的软硬件配置110

8．2．1 软件配置111

8．2．2 硬件配置112

8．3 虚拟环境下的几何建模113

8．3．1 描述对象的形状113

8．3．2 对象形状的数据传递机制113

8．3．3 对象外表113

8．4 面向虚拟装配的产品层次信息表达114

8．4．1 装配信息的分类及表达114

8．4．2 虚拟装配中零件的信息层次模型114

8．4．3 虚拟装配中装配关系的定义及分类115

8．4．4 虚拟装配中装配信息表达模型116

8．5 装配序列规划117

8．5．1 装配序列的规划方法117

8．5．2 装配序列的表达118

8．5．3 装配序列规划中的几何推理119

8．5．4 装配序列的规划119

8．5．5 装配序列规划的评价120

8．6 虚拟装配运动规划121

8．7 零件装配过程扫掠体积121

8．8 基于物理的装配建模122

8．9 实时碰撞检测123

8．10 虚拟装配数据到CAD系统的数据传输与设计修改124

8．10．1 CAD系统数据集成124

8．10．2 虚拟装配系统数据格式125

8．10．3 数据交换及修改125

8．11 虚拟装配系统体系结构125

8．11．1 系统体系结构125

8．11．2 动作检测(输入)126

8．11．3 感觉信息合成(输出)127

8．11．4 虚拟装配环境(模拟)127

8．12 产品可制造装配性综合评价127

8．12．1 可制造装配性评价指标体系确定127

8．12．2 指标值的确定127

8．12．3 指标的综合与评价方法128

8．13 双级渐开线圆柱齿轮减速器的虚拟装配实例128

8．13．1 软硬件配置128

8．13．2 虚拟环境生成128

8．13．3 装配操作129

8．13．4 实现及结果129

参考文献130

第9章 虚拟制造132

9．1 虚拟制造的定义132

9．2 虚拟制造的分类134

9．3 虚拟制造的研究任务137

9．4 虚拟制造中的关键技术139

9．4．1 核心技术139

9．4．2 使能技术139

9．4．3 突破技术139

9．4．4 一般技术140

9．4．5 研究的关键问题140

9．5 虚拟制造技术与其他先进制造技术140

9．6 虚拟制造系统的体系结构142

9．6．1 通用体系142

9．6．2 专用体系143

9．6．3 虚拟设计/虚拟制造/虚拟装配/虚拟企业总体框架143

9．7 VM的应用实例144

9．7．1 销售144

9．7．2 设计144

9．7．3 生产145

9．7．4 基于CAD/CAM的虚拟设计系统实例145

9．8 虚拟加工145

9．8．1 零件和刀具的描述145

9．8．2 刀具运动扫描体的计算150

9．8．3 加工过程仿真的实现152

9．9 一个基于Iternet的图像与几何模型相结合的虚拟加工系统154

9．9．1 两种虚拟环境的实现方法154

9．9．2 图像与几何模型相结合的虚拟现实概念155

9．9．3 一个基于Internet的图像与几何模型相结合的虚拟加工系统实例155

参考文献156

第10章 分布式虚拟现实158

10．1 分布式虚拟现实(DVR)概述158

10．2 分布式虚拟现实(DVR)的特性159

10．3 分布式虚拟现实(DVR)的系统结构159

10．4 分布式虚拟现实技术(DVR)的体系结构160

10．5 CORBA技术161

10．5．1 对象管理组织(OMG)简介162

10．5．2 CORBA主要版本的发展历程162

10．5．3 CORBA的体系结构163

10．5．4 对象请求代理(ORB)165

10．5．5 接口仓库170

10．5．6 对象适配器171

10．5．7 动态调用接口172

10．5．8 上下文对象173

10．6 DCOM/COM＋技术173

10．6．1 DCOM的结构174

10．6．2 Internet上的安全性183

10．6．3 Internet上的DCOM188

10．7 EJB技术189

10．8 分布式虚拟现实系统实现中的若干关键问题190

10．8．1 信息的时间同步问题190

10．8．2 规模可扩展、功能可扩充、异构型分布式虚拟现实系统的软件结构问题190

10．8．3 自然的人-机、人-人交互技术191

10．8．4 网络通信和网络协议问题191

10．8．5 快速环境建模和实时图形绘制问题192

10．8．6 行为真实感问题192

10．8．7 安全性问题192

10．9 DVR的调度算法192

10．9．1 PRR算法193

10．9．2 静态误差分布的调度194

10．9．3 动态误差分布的调度194

10．9．4 结合可见性信息195

10．10 基于网络上的虚拟现实实现196

10．10．1 应用实例——DIS196

10．10．2 CoDICGRS——一个基于CORBA的机械协同设计系统197

10．10．3 基于J2EE架构的Web会议系统200

10．11 基于Internet和Web的设计与制造206

10．11．1 基于Internet和Web的设计、制造与虚拟企业206

10．11．2 分布式基于特征的建模207

10．11．3 分布式的协同设计207

10．11．4 制造企业新型信息系统的总体框架209

参考文献210