本书以虚拟现实、“互联网+”等新一代信息技术与煤机装备深度融合为主线，进行了面向煤机装备的虚拟现实装配技术研究与应用系统开发。最终实现的系统包括煤机装备虚拟现实模型资源库、基于OSG的煤机装备虚拟装配方法与系统、基于UG的煤机装备虚拟装配方法与系统、煤机装备虚拟现实装配人机交互技术与系统、煤机装备场景仿真和漫游技术与系统、煤机装备虚拟现实装配网络化技术与系统以及基于WebGL的煤机装备数字模型技术与系统等七部分。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景、目的与意义 1
1.2 研究现状与动态 3
1.2.1 虚拟装配 3
1.2.2 煤矿场景仿真 6
1.2.3 虚拟现实交互工具 6
1.2.4 煤矿装备三维建模 7
1.2.5 基于网络的信息化服务平台和虚拟装配技术 8
1.2.6 基于网络的数字模型与3D动态设计 9
1.2.7 机械装备公共服务平台设计 10
1.2.8 目前研究存在的问题和不足 11
1.3 主要研究内容与总体组织结构图 12
第2章 面向煤机装备的虚拟现实装配技术与系统总体设计 14
2.1 虚拟装配技术 14
2.1.1 虚拟装配的定义 14
2.1.2 虚拟装配的特征 14
2.1.3 虚拟装配的分类 16
2.1.4 虚拟装配的构成 16
2.2 虚拟现实场景仿真技术 17
2.3 系统设计目标 17
2.4 系统总体设计 18
2.4.1 系统体系结构 19
2.4.2 系统结构设计 19
2.5 系统硬件设计 20
2.6 系统软件设计 23
2.6.1 开发环境 24
2.6.2 开发平台 24
2.6.3 系统开发技术 26
2.6.4 系统开发软件选择 27
2.7 系统功能设计 27
第3章 煤机装备虚拟现实模型资源库 32
3.1 系统框架设计 32
3.2 结构层次划分技术 33
3.3 CAD建模技术 34
3.4 CAD模型转换与优化技术 37
3.5 CAD模型修复技术 43
3.6 Google 3D Warehouse资源寻找技术 47
3.7 3D MAX场景与动画制作技术 47
3.8 系统实现 50
第4章 基于OSG的煤机装备虚拟装配方法与系统 53
4.1 煤机装备装配序列与路径规划方法 54
4.1.1 破碎部装配序列 55
4.1.2 截割部装配序列 56
4.1.3 牵引部装配序列 58
4.2 OSG与CEGUI结合的框架 59
4.2.1 OSG与CEGUI结合开发系统界面 60
4.2.2 系统场景管理 61
4.2.3 场景菜单内容设计 62
4.3 模型操纵 64
4.3.1 模型的选择 64
4.3.2 模型的重置 67
4.4 虚拟装配与拆卸演示 68
4.5 路径记录与回放 71
4.5.1 路径记录 71
4.5.2 路径回放 72
4.6 自动定位约束 74
4.7 网络协同装配 77
4.7.1 工作流程 77
4.7.2 基于Windows Sockets的网络协同装配 77
4.7.3 具体实现流程 78
4.8 立体显示 79
4.8.1 原理与种类 79
4.8.2 双目视差立体显示实现方法 81
4.8.3 OSG中的立体成像技术 82
第5章 基于UG的煤机装备虚拟装配方法与系统 85
5.1 基于UG的采煤机虚拟装配系统总体设计 85
5.1.1 系统设计目标 85
5.1.2 系统总体结构设计 86
5.1.3 系统开发环境选择 88
5.1.4 系统功能设计 89
5.2 虚拟装配系统数据模型构建方法 91
5.2.1 虚拟装配模型构建方法 91
5.2.2 基于XML的虚拟装配信息框架 93
5.2.3 装配信息数据模型 94
5.2.4 基于XML Schema标准的装配信息数据文件 95
5.2.5 基于XML的装配信息数据结构特点 96
5.2.6 装配信息模型的构建 97
5.3 基于UG的采煤机虚拟装配系统功能实现 101
5.3.1 虚拟装配环境关键数据规划 101
5.3.2 自动装配 104
5.3.3 装配顺序和装配路径规划 108
5.3.4 装配过程动态仿真 111
5.4 基于UG的采煤机虚拟装配系统开发 116
5.4.1 系统应用程序框架 116
5.4.2 系统主菜单设计 118
5.4.3 装配体导入模块开发 118
5.4.4 自动装配模块开发 120
5.4.5 装配规划模块开发 121
5.4.6 装配规划实例应用 123
第6章 煤机装备虚拟现实装配人机交互技术与系统 126
6.1 鼠标、键盘人机交互 126
6.1.1 基于轨迹球的场景交互 126
6.1.2 基于鼠标的装配交互 127
6.2 虚拟手人机交互子系统 129
6.2.1 技术路线 129
6.2.2 虚拟手模型的建立 130
6.2.3 位置跟踪器和数据手套的关系建立 135
6.2.4 虚拟手装配操作 136
6.2.5 基于虚拟手的装配交互实现 143
6.3 力反馈人机交互子系统 143
6.3.1 Phantom Desktop设备介绍 144
6.3.2 子系统框架设计 144
6.3.3 模型导入技术 146
6.3.4 物体的力觉绘制 148
6.3.5 力反馈操纵模型原理 148
6.3.6 自动定位约束 150
6.3.7 触觉与视觉渲染模式 151
第7章 煤机装备场景仿真和漫游技术与系统 152
7.1 子系统框架设计 152
7.2 综采工作面场景及动画建立 153
7.2.1 综采工作面分析 153
7.2.2 对设备进行建模 153
7.2.3 “三机配套”图 155
7.2.4 单个模型运动仿真 155
7.2.5 综采工作面仿真 156
7.3 综掘工作面场景及动画建立 158
7.3.1 设备建模 158
7.3.2 掘进机整机运动仿真 158
7.3.3 作业顺序安排 160
7.3.4 粒子系统的建立 160
7.4 漫游功能的实现 162
7.4.1 漫游器实现流程与接口 162
7.4.2 事件响应 162
7.4.3 碰撞检测 163
7.4.4 漫游与场景关联 164
第8章 煤机装备虚拟现实装配网络化技术与系统 165
8.1 子系统框架设计 165
8.1.1 子系统硬件设计 166
8.1.2 子系统软件设计 166
8.1.3 子系统结构设计 167
8.2 虚拟现实资源库 167
8.3 ActiveX控件技术 168
8.3.1 编写OSG-ActiveX控件 168
8.3.2 服务器端控件发布 168
8.3.3 客户端环境配置 169
8.4 基础界面设计 169
8.5 后台数据库设计 170
8.6 公共服务版 172
8.6.1 选择视频制作软件 172
8.6.2 选择播放的格式 172
8.6.3 网络播放代码与效果测试 172
8.6.4 多视角播放 172
第9章 基于WebGL的煤机装备数字模型技术与系统 174
9.1 系统总体方案与关键技术 174
9.1.1 设计目标 174
9.1.2 总体结构 174
9.1.3 功能结构 176
9.1.4 关键技术 177
9.1.5 运行机制 178
9.1.6 系统发布 179
9.2 系统与数据库的连接方案 180
9.2.1 建立数据表 180
9.2.2 数据库查询技术 181
9.2.3 模型存储方案 183
9.3 WebGL 3D显示技术应用 188
9.3.1 WebGL关键技术 188
9.3.2 建立几何模型 190
9.3.3 设置模型材质 190
9.3.4 导入外部模型 191
9.3.5 模型的平移、旋转、缩放 192
9.3.6 着色器设置 193
9.3.7 浏览器支持情况 194
9.4 模型预览方案 195
9.4.1 子页面设计 195
9.4.2 添加3D模型 196
9.4.3 3D动态模型与装配过程显示 196
第10章 系统集成、测试与应用 199
10.1 系统集成与页面设计 199
10.2 虚拟装配与仿真系统测试 203
10.2.1 测试原则 203
10.2.2 测试内容 203
10.2.3 测试方法 209
10.2.4 测试步骤 209
10.2.5 测试结论 210
10.3 虚拟装配与仿真系统应用 211
10.3.1 基于OSG的虚拟装配技术应用 211
10.3.2 基于UG的虚拟装配技术应用 217
10.3.3 场景仿真与漫游系统应用 223
10.3.4 虚拟装配人机交互应用 225
10.3.5 基于Web的虚拟装配与仿真系统应用 229
10.3.6 基于WebGL的虚拟装配与仿真系统应用 231
10.4 系统选择与比较 235
参考文献 236
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