virtools视野之发动机装配仿真软件研究与开发

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1、Virtools视野之发动机装配仿真软件研究与开发第1章绪论1.1课题研究的背景及意义随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车行业的培训工作量也日渐增加，而发动机作为汽车的核心部件，它的培训和学习更是作为学习和培训的重点，如何高效的去培训技术和维修人员是本课题要研究的内容，这对汽车行业降低成本，提高培训质量起到至关重要的作用，目前高效、经济培训是各个汽车企业关注的热门话题。发动机的演示技术不外乎三种模式：1.人为拍摄的维修教学视频，其缺点是成本高2.二维flash动画演示发动机的原理，其缺点单一且没有空间感3.三维仿真动画，虽具有很

2、好视觉效果，但却存在用户不可操控的缺点。而三维虚拟仿真技术既有良好的视觉效果，同时还具有良好的交互性和沉浸性。1.2国内外的研究现状1.2.1国外研究现状美国是虚拟现实技术研究的发源地，在1965年美国IvanSutherland发表了《终极的显示》一文，首次提出了虚拟现实系统的基本构想，包括交互图像的说明，声音的提示等[2]。1966年开始美国的MIT在林肯实验室开始了用头盔式显示器的研制工作[3]。1975年MyronKrueger提出了人工实现思想，他的主要构想是用液晶显示屏、立体输出装置和跟踪装置三部分构成头盔显示器

3、（HMD）[4]，最初的美国军方在虚拟现实方面主要应用在对飞行驾驶员与宇航员的模拟训练。在20世纪80年代，及美国国防部与美国宇航局(NASA)联合组织了有关虚拟现实技术的一系列研究[5]，取得了令人瞩目的研究成果，在美国宇航局内部的Ames实验室设计的虚拟行星探索(VPE)的实验[6]。截至目前，NASA的系统已经遍布了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，甚至建立了VR教育系统，以供全国使用的[7]。一些科研机构各高校成为了研究虚拟现实的主力军，美国科罗拉多大学设计的虚拟仿真教学程序是互动的、研究型的，能够让学

4、生在真实生活现象和潜在的科学之间建立联系，并加深他们对真实世界的理解。其虚拟仿真程序在实用性和教育性方面也值得我们学习和借鉴，他们为虚拟仿真程序制作了评价系统，对所有仿真程序都进行了严格的测试和评估[8]。对VR研究涉足最早的当属北卡罗来纳大学的计算机系，而今也是对虚拟现实技术研究最著名的大学[9]。该研究主要涉猎分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等多个领域[10]。施乐公司研究中心在VR领域主要集中在利用VRT建立未来办公室的研究，其努力方向是设计一项窗口系统，该系统基于VR，能够提高数据存取的方便程度。而乔治梅森

5、大学则研制出一套在动态的虚拟环境中流体实时仿真系统。著名的波音公司，其波音777运输机从设计伊始就采用全无纸化，利用其所开发的虚拟现实系统，在真实环境之上叠加了虚拟环境，这样就把虚拟的模板显示在正在加工的工件上，由此工人控制待加工尺寸，从而简化加工过程。图形图像处理技术和传感器技术是以上VR项目的主要技术。欧洲的科技一直位于世界前茅，各个国家在此方面均有所长。比如英国在VR开发的某些方面，主要是在辅助设备(包括触觉反馈)设计、分布并行处理、应用研究方面，一枝独秀[11]。英国的Bristol公司认为：VR应用的交点主要集中在

6、整体综合技术上，因此他们在软件和硬件的某些领域独占鳌头。相比之下，英国ARRL公司则将研究实验重心放在远地呈现上，主要包括VR重构问题。于此同时他们的产品还包括建筑和科学可视化计算。其他科技强国，诸如：德国、荷兰、瑞典等也积极进行了VR的研究与应用。瑞典的DIVE的异质分布式系统称为分布式虚拟交互环境，它是一个基于Unix的不同节点上的多个进程，却可以在同一世界中工作的系统。荷兰海牙TNO研究所的物理电子实验室(TNO-PEL)所开发的训练和模拟系统，则是通过改进人机界面达到改善现有模拟系统，这样就能够使用户完全介入模拟环境

7、[12]。德国工业工程研究所VR实验室较早地对基于VR技术的装配规划系统进行了研究与开发，德国大学人工智能与虚拟现实实验室将VR技术与人工智能技术相结合，建立了一个基于构造工具箱的概念虚拟装配系统。比如德国制药企业将VR用于新药的开发；还有一些著名的汽车企业奔驰、宝马、大众等都使用了VR技术[13]；如德国的大众公司采用仿真技术，开发研制虚拟设计系统，系统中包括人机交互装配的碰撞检测及计算机图像渲染等[14]，他们对于三维交互技术在制造业的应用做出了探索，同时该系统使用三维的人机交互界面，这样较好地增强了系统的沉浸性[12]

8、。法国于2008年10月27-29日举行的ACMSymposia-umonVirtualRealitySoftax作为模型创建平台。在本文又开始就研究了虚拟现实的背景和国内外现状，提出了本次系统开发的意义和目的，根据国内汽车企业的调查，得出培训和汽车销售推广需求，在此基础上遵循虚拟现实的开