基于反饋力的觸覺(jué)渲染虛擬裝配系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及工藝規(guī)劃中,一個(gè)產(chǎn)品從圖紙到實(shí)體零件,再到組裝完畢的成品是一個(gè)繁瑣而又漫長(zhǎng)的過(guò)程,中間任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)都有可能造成產(chǎn)品返工、報(bào)廢,甚至導(dǎo)致整個(gè)研發(fā)過(guò)程失敗而推到重來(lái)。在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中錯(cuò)誤是難以避免的,因此縮短整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的流程,盡可能地降低出錯(cuò)成本顯得尤為重要。隨著對(duì)機(jī)械裝配效率的逐步重視,虛擬裝配等新技術(shù)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié),并且已經(jīng)取得了非常好的效果,但是也存在著專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)困難等缺點(diǎn),因此降

2、低虛擬裝配的復(fù)雜度成為一個(gè)十分迫切的需求。隨著觸覺(jué)渲染技術(shù)(利用反饋力向用戶傳遞觸覺(jué)信息)的興起,為虛擬裝配注入了新的“血液”,這種最自然的人機(jī)交互方式使得虛擬裝配的效率又上了一個(gè)新臺(tái)階,在虛擬裝配領(lǐng)域具有廣闊的前景。
　　本文圍繞如何搭建一套觸覺(jué)渲染虛擬裝配系統(tǒng)展開(kāi)研究:首先根據(jù)觸覺(jué)渲染超高刷新率的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了程序的整體框架。接著,分析了現(xiàn)有觸覺(jué)渲染引擎在虛擬裝配應(yīng)用上的缺陷,并設(shè)計(jì)了一套適用于虛擬裝配的“體-體”觸覺(jué)渲染系統(tǒng)。

3、最后,使用真實(shí)的虛擬裝配實(shí)例對(duì)本系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證。主要工作如下:
　　(1)從整體上設(shè)計(jì)了觸覺(jué)渲染虛擬裝配系統(tǒng)的框架,通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)在執(zhí)行較為復(fù)雜的圖形算法的同時(shí)又能以較高的頻率刷新力反饋設(shè)備。設(shè)計(jì)了用于組織虛擬裝配場(chǎng)景的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),使場(chǎng)景數(shù)據(jù)便于在圖形渲染模塊和觸覺(jué)渲染模塊之間共享。將對(duì)觸覺(jué)渲染效果至關(guān)重要的碰撞檢測(cè)算法從整體框架解耦,使得系統(tǒng)的擴(kuò)展性大大提升。
　　(2)分析了現(xiàn)有的“點(diǎn)-體”式觸覺(jué)渲染引擎在

4、虛擬裝配應(yīng)用上的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套適用于虛擬裝配的“體-體”式觸覺(jué)渲染系統(tǒng),針對(duì)“體-體”式觸覺(jué)渲染的特點(diǎn),改進(jìn)了反饋力生成過(guò)程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù):God-Object算法、Force Shading算法、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景觸覺(jué)渲染等。對(duì)于“體-體”式觸覺(jué)渲染需要面對(duì)的新問(wèn)題,比如動(dòng)態(tài)碰撞檢測(cè),提出了改進(jìn)方案。
　　(3)最后,用一個(gè)常見(jiàn)的虛擬裝配場(chǎng)景(將一個(gè)齒輪安裝到夾具上)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性。實(shí)驗(yàn)表明,將力反饋技術(shù)運(yùn)用于虛擬裝配之后,能