论文部分内容阅读
随着人工智能技术、计算机仿真技术、传感技术等技术的不断发展和成熟,虚拟现实技术在很多领域都有进一步的应用,涉及到航空航天、教学、游戏开发、医疗、制造业等领域,尤其在一些需要反复操作、使用和维护成本较高的教学领域,虚拟现实技术得到广泛的应用,它可以激发学生的学习兴趣。目前组合夹具教学以课堂式讲授形式为主,授课形式抽象、单一、枯燥,同时实践机会有限并滞后,学生只能依靠自身想象对所学的组合夹具知识进行理解与感知,教学效果不理想。因此,将虚拟现实技术引入到组合夹具拆装训练上,具有重要的实际应用价值。本文旨在开发一套基于虚拟现实的组合夹具虚拟拆装教学系统,对开发拆装系统过程中所涉及的碰撞检测和装配序列规划等关键技术进行深入的研究,并对系统的功能模块进行设计与实现。论文的主要研究内容如下:(1)为开发一个沉浸性和交互性更加接近真实的组合夹具虚拟拆装教学系统,构建基于Unity3D为开发引擎、HTC Vive为硬件设备的软硬件平台,进行组合夹具虚拟拆装系统开发。(2)针对Unity3D自带碰撞器在紧密性和效率方面不能同时兼顾的问题,本文提出一种基于Unity3D内置碰撞器与AABB层次包围盒混合碰撞检测算法,替代效率低的Mesh Collider,弥补Unity3D中自带内置碰撞器的不足。经实例验证,该算法在效率和紧密性方面都得到很大的改善,取得良好的碰撞检测效果。(3)针对组合夹具零部件数目过多而导致的装配序列组合爆炸问题,本文利用层次割集法来求解组合夹具的装配序列,即先将组合夹具进行层次划分,然后利用传统割集法求解出装配序列的层次与或图和装配序列二叉树,从而为组合夹具虚拟装配制定最优装配序列。(4)组合夹具虚拟拆装教学系统的设计与实现。在解决上述关键技术的基础上,进行虚拟拆装教学系统软件开发设计,分别对拆装系统各个功能模块进行详细设计,设计并实现的内容主要包括:人机交互模块、三维模型库模块、虚拟拆装培训和练习模块、考核模块、使用说明模块。并在HTC Vive硬件平台搭建的基础上,对组合夹具虚拟拆装系统各个功能模块进行联机测试,经实例验证,该虚拟拆装教学系统的设计是可行的。