20世纪90年代中期,虚拟产品开发(virtual product development, VPD)技术的出现引起了研究者的广泛关注。VPD技术的基本思想就是通过计算机内的虚拟模型来模拟和预测产品功能、性能及可制造性等。在产品的开发过程中,人们可以在虚拟环境下构思、设计、制造、测试和分析产品,以解决产品存在的问题。VPD的实现需要一系列的技术与工具支撑,虚拟装配则是其中的核心技术之一。虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性,真实地模拟产品的三维装配过程,并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程,以检验产品的可装配性。该定义着眼于产品物理装配过程的仿真过程,体现的思想也是一种分析过程。虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分,利用虚拟装配,可以验证装配设计和操作的正确与否,以便及早的发现装配中的问题,对模型进行修改,并通过可视化显示装配过程。论文就虚拟装配开发过程中的几个关键问题进行了以下几个方面的研究：第一,开源的三维图形引擎Open Scene Graph (OSG)的研究,包括OSG的绘图框架、用于场景管理的场景图技术、立体显示原理、虚拟相机的实现原理以及灵活的使用方法。第二,为了将计算机生成的三维数字图像实时地输出并显示在一个超大幅面的投影幕墙上,使观看者和参与者获得一种身临其境的虚拟仿真视觉感受,系统采用了多通道拼接技术,并就平板幕拼接和环形幕拼接两大类型进行了研究。第三,基于对多种碰撞检测算法的分析,论文研究了开源的物理引擎Open Dynamic Engine (ODE),重点阐述了OSG和ODE的结合使用。利用OSG进行场景的渲染,利用ODE进行碰撞检测,从模型中提取几何信息来建立ODE的碰撞几何体。在仿真过程中可随时调整仿真步长提高碰撞检测的精确度。利用ODE建立了起重机钢绳的摆动动力学仿真模型。第四,为了提高系统的交互性,采用了数据手套和位置跟踪器等外部交互设备。对5DT 14触点数据手套、Fastrak和Patriot两种位置跟踪器的接口开发进行了研究。论文的研究成果在所开发的多模板虚拟装配系统中获得了成功的运用。系统适用于符合要求的任何一组装配模型,采用多角度显示场景,实时性强,交互方便,能给人以身临其境的感觉。