在产品设计中,装配过程是影响产品开发周期和成本的重要因素之一。工艺规划是装配过程规划中的一个重要环节,影响着单个工位装配操作的劳动强度与工作效率。基于虚拟现实技术的装配工艺规划为数字化产品装配规划提供了新的途径和方法,在这样一个虚拟装配试验环境中,人还是其中进行装配操作的主体,在计算机软件系统富有智能性的同时还能发挥人的知识与经验,也是装配工艺规划研究与发展的新趋势。本文研究的面向产品装配的语义模型建模与生成方法和基于语义的自然交互式徒手虚拟装配操作方法,为虚拟装配工艺规划中装配工艺信息的获取奠定基础。同时从装配任务层次捕捉用户的交互意图,使得用户能够在虚拟环境中方便、准确地进行装配,使装配操作效率得到明显提升。首先对交互虚拟装配操作中语义建模的功能需求进行了分析,在此基础上提出装配语义的定义。然后根据装配语义的定义,以功能特征为主要参考,对零部件之间的装配语义从顶层进行分类。最后为了支撑装配语义,提出基于语义的产品装配信息建模,并详细描述了零件模型、装配树模型、约束模型和语义模型,以及它们之间的内在联系。其次,设计了在CAD系统中生成上述产品装配信息模型的方法。基本思路是先通过两次递归遍历访问当前模型的装配树结构,第一次递归遍历得到零件数据和装配数据的部分信息,如:零件和装配的组件路径、局部变换矩阵、层次结构等;第二次递归遍历得到约束数据信息,如:约束类型、偏置值、约束的组件几何引用项及装配引用几何项等;然后在此基础上交互式定义装配语义。在这过程中涉及约束顺序的确定、语义的查找匹配、语义参数的输入等。再次,提出并实现了虚拟环境中对于语义的推理方法,包括语义的识别、确认、导航以及解算;以及在虚拟手单手交互操作过程中语义的处理方法,包括对虚拟手的抓取过程、移动过程和释放过程对语义的处理算法,并针对双手操作过程中出现的冲突提出了解决方案。最后,将上述方法和技术应用于“基于虚拟现实环境的虚拟装配工艺规划系统VAPPE”的开发中,并通过汽车发动机装配工艺规划,验证了本文所述方法和算法的正确性与有效性。