虚拟制造技术是虚拟现实技术在制造业中的应用,采用虚拟制造技术不仅可以节约新产品开发的投资、缩短产品开发周期、优化制造过程,而且能够保证产品的可制造性及其性能,确保产品一次开发成功。虚拟加工系统是以加工为中心的虚拟制造,它是真实加工过程在虚拟环境下的映射,为虚拟制造建立一个真实的可视化加工环境,用以仿真和评估各加工过程对加工结果的影响。 作为Java语言的扩展,Java3D是适用于Internet环境的跨平台的三维图形开发工具包,它对底层的图形库OpenGL和Direct3D进行了封装,使它不仅拥有强大的三维图形功能,还解决了网络环境下的可视化问题。它的高层结构也综合了多个图形系统的优点,为开发者提供了高层建造工具以创建和操作三维图形,并构造了用于渲染图形的组织结构。Java3D充分利用面向对象思想,可以快速的编写出复杂的三维应用程序。因此,本文选用Java3D作为虚拟加工系统的开发语言。 本文在广泛查阅和研究国内外虚拟加工方面理论和技术的基础上,对虚拟加工系统的一些关键技术进行了研究。 首先,提出并实现了在基于Java3D的虚拟加工系统中的复杂几何建模。充分利用Java3D建模语言中的三维图形文件接口——Loader类,编写了vrmlloader.java程序来导入VRML2.0格式的复杂几何模型图形文件,实现复杂几何模型的建立。 其次,针对Java3D原有的碰撞检测算法存在误判和误差较大的缺点,提出了基于多视角的动态八叉树碰撞检测算法,同时从正前方、正上方、正右方和正等测四个视角检测物体的碰撞情况,每个视角中采用动态八叉树算法对物体的碰撞情况进行检测,从而在基于Java3D的虚拟加工系统中实现了精确的碰撞检测。 最后,为了真正地建立起有“沉浸感”加工环境的虚拟加工系统,通过对切削加工过程中的切屑进行研究,并将其生成、卷曲、折断的过程溶入到实时加工过程仿真演示中,实现了对各种类型切屑的动态仿真。