毕业论文范文——虚拟现实仿真技术研究与应用

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1、西安航空职业学院毕业论文虚拟现实仿真技术研究与应用姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：本文介绍了虚拟现实仿真技术的特点和研究现状，从虚拟现实范畴涉及的虚拟装配、数字工厂两方面阐述了虚拟现实仿真技术在特种车辆制造过程中的应用情况，并对未来发展方向进行了展望。关键词：虚拟现实仿真技术；虚拟装配；数字化工厂1.引言虚拟现实是从两个英语单词“VirtualReality”翻译而来的，自二十世纪九十年代以来，虚拟现实技术（VR）一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一，它在航空航天、交互式GIS、数字地球、信息可视化和游戏娱乐等领域都

2、有广泛的应用[1]。虚拟现实仿真技术是利用仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及其加工特性等各方面可能存在的问题，从而实现产品制造的本质过程，应用对象包括产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验等。随着时代的进步和信息技术的迅猛发展，虚拟现实技术得到了高速发展。有学者认为，21世纪人类将进入虚拟现实的科技新时代，与多媒体技术、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。因此，虚拟现实技术日益成为人们探索和改造客观世界的重要手段。2.国内外研究现状国外在虚拟现实仿真技术研究方

3、面起步较早，研究领域较广，并且开发了虚拟现实系统软硬件设备。美国北卡罗来那大学（UNC）计算机系在分子建模、航空驾驶、外科手术仿真有国际领先成果[2]；美国Stanford大学利用非接触式三维扫描仪开展了“数字米开朗基罗”项目，将文艺复兴期的意大利著名雕塑家的作品实现数字化[3]。日本在虚拟现实重构及可视化实用技术研究方面成果突出，在基于虚拟现实的游戏方面处于领先地位[4]。相比而言，国内起步较晚，受硬件条件的制约，与发达国家相比，仍有一定差距。随着国家重点基金项目支持力度不断加大，我国在图形生成技术、碰撞检测技术、地理空间信息数据库及实时场景绘

4、制技术方面取得重要研究成果[5]。浙江大学CAD&CG国家重点实验室的“虚拟故宫”项目已经研发出一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统[6]；北京新奥特成功开发了虚拟演播室系统等项目[7]。3.虚拟装配技术研究虚拟装配的定义首次出现是在文献[8]中，是指在没有实际产品或者物理过程支持的情况下，运用计算机分析、预测模型，用数据表达，辅以可视化，做出与装配相关的工程决策。虚拟装配实际上实现了两个层次的映射，第一层(底层)产品物理模型被映射为产品数字化模型，第二层(顶层)产品真实的装配过程被映射为虚拟的装配仿真过程。底层映射的作用是免除了产品的实际物理模型

5、，为实现可装配／拆卸性分析、公差分析打下基础；有了顶层的映射，可实现装配规划、装配仿真和装配评价等[9]。3.1关键技术研究（1）数字化装配信息模型创建及多源数据模型格式转换技术结合车辆零部件数字化装配模型的需求，开展了各种装配场景模型的实体表达及信息描述研究，分析并优化了装配模型在虚拟环境中的建立内容和流程，采用虚拟现实系统与多异构CAD系统通讯并将CAD数据导入整合的手段，实现了模型文件从Creo环境的数据导入到虚拟现实环境数据信息完整性。以车辆变速器为例，通过研究实现了虚拟环境下数字样机与物理模型装配信息的全面继承，如图1所示。图1车辆变速

6、箱装配模型创建及数字样机示例（2）虚拟场景模型高效能渲染技术目前在虚拟现实环境下基于模型的渲染功能大多以基础纯色为主，为了提高模型的真实度，主流虚拟现实仿真软件多以图片进行渲染，由于针对模型的轻量化显示模式、添加图片的方式及参数调节各不相同，故渲染所产生效果也不一致。通过研究基于虚拟现实系统渲染材质的定义与优化方法，采用添加材质要素图、定义渲染基色等手段，实现虚拟环境下场景的高效能渲染，完成渲染的虚拟装配场景如图2所示。图2完成渲染的虚拟装配场景（3）沉浸式虚拟环境交互式装配顺序评估与优化技术以车辆产品装配工艺规程作为引导，在虚拟环境下进行交互式

7、装配顺序规划、仿真与评价，利用沉浸式虚拟现实环境的直观性，按初始装配顺序逐个进行零部件的装配，分析评价各类装配操作的难易程度及实用性，并将分析结果信息与装配顺序规划相结合，从而求解生成最优装配顺序，进而有效避免产品错装、漏装现象发生。沉浸式虚拟环境交互式装配顺序规划流程如图3所示。图3沉浸式虚拟环境交互式装配顺序规划流程(4)虚拟装配干涉检查及路径优化技术装配路径规划是指从被安装零部件存放的位置，直到零部件被装配至产品上所行走的轨迹。在交互式的装配仿真过程中，选择被装配零部件，并精确定位零部件起止位移点，对移动过程进行实时干涉检查，验证并优化初始

8、装配路径，将零部件移动过程关键点进行记录，从而生成有效装配路径，并确保装配路径无碰撞、干涉现象。虚拟装配干涉检查及路径优化流程如图4所示