虚拟装配中控制与交互的关键技术研究

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1、分类号TP391.9密级公开UDC621学校代码10500硕士学位论文（全日制专业学位）题目：虚拟装配中控制与交互的关键技术研究英文题目：StudyoftheKeyTechnologiesofControlandInteractioninVirtualAssembly学位申请人姓名：孙本固申请学位学科专业：机械工程指导教师姓名：尹念东教授二○一六年五月分类号TP391.9密级公开UDC621学校代码10500硕士学位论文题目虚拟装配中控制与交互的关键技术研究英文题目StudyoftheKeyTechnologiesofControland

2、InteractioninVirtualAssembly研究生姓名（签名）孙本固指导教师姓名（签名）尹念东职称教授申请学位学科名称机械工程学科代码085201论文答辩日期2016.5.23学位授予日期2016.6.30学院负责人（签名）评阅人姓名石端伟评阅人姓名李刚炎2016年5月25日学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文

3、中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：孙本固日期：2016年5月25日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：孙本固指导教师签名：尹念东日期：2016年5月25日日期：2016年5月25日摘要在机械装配领域，通过虚拟现实技术的应用产生了具有高效

4、、环保、经济等特点的虚拟装配技术，它能够让使用者沉浸于虚拟空间中，并对产品的结构尺寸、外观样式、装配可行性等进行验证，从而及时发现产品设计的各种问题，提高产品质量和降低生产成本。然而，在当前大多数虚拟装配系统中，缺少自然、直接、易用的交互方式，造成这类系统普遍存在“使用不方便”和“交互不自然”等问题，严重影响了使用者的操作体验。本文针对虚拟装配中控制与交互的关键技术进行了研究，主要包括着色器技术、包围盒碰撞检测技术以及手势识别技术，并以某型号的减速箱作为应用实例，验证了本课题虚拟装配系统设计的可行性。本文通过采用多通道立体投影技术、体感交

5、互技术、虚拟现实技术等，设计并实现了一套集教学、科研、演示、汇报功能于一体的大幅面沉浸式虚拟装配系统。论文首先确定了沉浸式虚拟装配平台的总体设计方案，构建系统的硬件开发平台，并选用Unity3d虚拟现实开发引擎对系统的软件进行开发。其次，在系统沉浸性方面，通过着色器技术分别对GPU的顶点、像素处理过程进行控制，增强了图像的输出画质和效果，从而为操作者提供强烈的视觉沉浸感；在系统实时性方面，通过包围盒碰撞检测技术解决了零件模型间相互穿透的现象，并使用近似模型包围盒的替代方法，减少了相交测试时系统资源的消耗，提高了系统实时响应的速度；在系统交

6、互方面，通过LeapMotion的光学解决方案，使操作者在无需穿戴任何体感设备的条件下直接使用双手与虚拟对象进行交互，并使用该设备的手势识别技术对装配过程进行控制，从而为系统提供了自然、直接、易用的全新交互方式。再次，通过对虚拟装配系统软件的框架、结构和功能的设计，结合Unity3d软件实现了具有用户登录验证、场景跳转、立体UI交互等功能的虚拟装配系统软件，并将其发布到Windows平台上。最后，通过在虚拟装配平台上运行虚拟减速箱装配实验，并对其进行相关测试，以此为例论证了本文设计的虚拟装配系统的可行性。本文的研究工作对虚拟现实技术在机械

7、工程中的其他应用研究、工业自动化生产线仿真、物流中心立体仓库虚拟仿真和虚拟制造技术等领域的研究具有一定的参考价值。关键词：虚拟现实，虚拟装配，碰撞检测，人机交互IAbstractInthefieldofmechanicalassembly,virtualassemblytechnologywhichhasmanyfeaturesincludinghighefficiency,environmentalprotectionandlowcostisrealizedbytheapplicationofvirtualrealitytechnolo

8、gy.Theoperatorcanbeimmersedinthevirtualspaceandcaninspectthestructure,appearanceandassemblyfeasi