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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dVS154

8．2．3 VPL虚拟环境开发系统RB2156

8．2．4 虚拟环境操作外壳VEOS162

8．2．5 虚拟环境创建工具MR163

8．2．6 MultiGen171

8．2．7 世界工具包WTK172

8．2．8 DirectX SDK176

8．2．9 虚拟现实建模语言VRML179

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