基于虚实融合的虚拟装配的研究与实现

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虚拟装配与增强现实技术在近几年得到了快速的发展和应用,将增强现实技术引入到虚拟装配中,可以使装配人员在不受装配场地、设备数量和型号等因素的限制下,进行装配部件的学习以及装配步骤的训练。同时还可以在现实场景中,通过虚实融合的方式对装配过程进行实时指导。  本课题在研究了虚拟装配和增强现实技术的基础上,首先分析了基于虚实融合的虚拟装配系统的功能需求,搭建了系统整体框架,然后针对Unity3D技术、三维建模技术和注册跟踪技术进行了重点研究,最后以电风扇为例设计并实现了针对电风扇的虚拟装配系统。  在系统实现的过程中,首先根据系统的功能需求,设计了系统整体结构,并结合电风扇的装配步骤以及安装过程中的逻辑关系设计了装配顺序。其次,完成了相关零部件的三维建模和优化,并将模型导入到开发平台中,对整体模型进行细化、完善和分组归类,以便配合脚本程序的调用。接着,运用Vuforia搭建增强现实开发环境,完成了基于图像识别和物体识别的增强现实部分,实现了将虚拟模型注册到标识图或真实部件上的虚实融合功能。然后,运用 GUI 组件实现了人机交互界面的编辑,包括模式选择界面、零部件选择界面等。之后,对脚本程序整体框架进行设计,完成了系统中学习模式、练习模式、指导模式和设计模式等相关脚本的编写,实现了虚拟装配系统的各个功能以及对各个功能模式的控制。最后,对系统进行调试和优化,并导出可应用在Android运行环境中的移动端。  基于虚实融合的虚拟装配系统可以在提高装配人员学习效率的同时,降低培训所需成本,并且通过对装配活动进行实时指导,提高装配质量。以电风扇为例的应用结果表明,提及的技术和方法可以实现所需功能,并且可以应用于其他设备的虚拟装配。
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