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第1章 绪论2

虚拟现实的概念2

虚拟现实的定义2

虚拟现实的两个本质特征3

虚拟现实的组成4

虚拟现实的发展历程和研究现状5

虚拟现实的发展历程5

国外虚拟现实技术的研究现状7

美国硅谷圣何塞技术创新博物馆的虚拟设计展台9

国内虚拟现实技术的研究现状12

虚拟现实技术的主要应用领域13

工程应用13

在医学领域的应用16

在教育培训领域的应用16

军事应用17

虚拟设计的特点和研究层次18

本书的目的19

参考文献19

第2章 虚拟现实技术体系结构22

虚拟现实技术与计算机仿真的关系22

一个典型的计算机仿真系统——齿轮加工仿真系统22

虚拟现实环境实例24

虚拟现实技术与计算机仿真的关系25

虚拟现实技术构成27

虚拟环境系统结构27

虚拟现实系统组成模块27

虚拟环境的实现方法28

虚拟现实系统的分类29

VR第一种分类方法30

VR第二种分类方法32

虚拟设计/制造系统的体系结构33

虚拟设计的特点33

虚拟设计/制造的优点33

虚拟设计与传统CAD/CAM系统的区别34

理想的虚拟设计系统的结构35

虚拟设计/虚拟制造/虚拟装配/虚拟企业的总体框架35

参考文献36

第3章 虚拟现实硬件基础37

概论37

3D位置跟踪器37

传感手套39

触觉与力反馈39

力学反馈手套40

压力反馈系统40

VPL数据手套41

PowerGlove手控器41

CyberGlove42

三维鼠标43

数据衣44

触觉和力反馈的装置45

立体显示设备45

头盔式显示器HMD45

特殊的头部显示器BOOM45

立体眼镜46

立体投影显示47

3D显示器48

3D声音生成器49

参考文献51

第4章 虚拟设计中的建模技术52

概论52

几何建模52

几何建模方法的数学原理53

三维几何模型对象的获取方法56

参数化建模62

基于图像的虚拟环境建模技术65

基于图像的虚拟环境建模的技术原理66

基于图像的全景图环境建模技术67

图像与几何相结合的建模技术70

图像与几何相结合的汽车建模71

其他虚拟对象的建模74

基于特征的建模74

特征技术的研究概况74

特征建模技术的特点75

特征的定义与分类76

特征的描述方法78

基于特征的约束分析82

基于特征的参数化建模82

基于约束的特征描述82

特征结构图元参数化83

特征之间的约束建模83

轴类零件的参数化建模过程83

程序实现85

参考文献88

第5章 虚拟设计硬件支撑技术90

视景系统的分布式显示技术基础90

开发平台简介90

分布式多通道的概念91

帧缓存同步与垂直刷新同步92

视景系统多通道投影屏幕的构筑技术94

圆柱形投影屏幕视景的构筑94

其他的多通道投影屏幕视景构筑技术96

多通道投影屏幕运行组件的配置97

配置文件介绍97

多通道显示设备文件的配置98

基于三通道显示环境的虚拟汽车驾驶室的开发102

参考文献105

第6章 虚拟实验108

虚拟实验——汽车风洞实验概述108

虚拟汽车风洞的基本组成108

虚拟汽车风洞的实现110

系统建模111

网格生成技术111

车身绕流场的数值模拟114

SIMPLE算法116

流场数据场的可视化117

虚拟风洞的流场分布与试验结果、国外资料对比校验计算结果119

风洞试验119

阻力系数、升力系数与试验结果的对比分析120

数字流体实验室120

虚拟分析技术——元胞单元法121

元胞单元法概述121

元胞单元法的一般求解过程123

元胞单元法应用实例——弹性力学平面问题123

元胞单元法软件简介131

小结134

参考文献135

第7章 一个基于图像的汽车虚拟原型137

基于图像的虚拟现实技术概论137

定义137

国内外研究现状137

基于图像的三维重建技术研究现状138

原始图像获取方法140

基于射影几何的封闭空间形成原理142

构建封闭纹理映射空间143

纹理映射基本方法143

构建图像纹理映射空间144

汽车内部空间三维重建实例145

参考文献146

第8章 虚拟设计视景系统的特效技术148

基于粒子系统的仿真特效技术148

雪的仿真实现150

雨的仿真实现151

烟、尾气的模拟152

其他的视效仿真153

雾效的仿真实现153

声响模拟系统154

车速表的模拟和实现154

GPS系统的应用155

模型光照与纹理渲染技术155

漫反射分量156

镜面反射分量157

环境分量158

光照方程158

光照与渲染技术159

基于Cg的Shader纹理特效技术研究162

基于Cg的流体特效技术162

基于Cg的Shader多分辨纹理技术168

参考文献170

第9章 虚拟装配172

虚拟装配体系结构173

虚拟装配系统173

虚拟装配环境软硬件配置175

虚拟装配实时控制系统结构178

虚拟装配建模179

虚拟装配对象建模179

虚拟装配数据建模182

虚拟装配信息建模183

虚拟装配规划187

装配序列规划188

装配运动规划194

装配关键技术195

碰撞检测技术196

可制造性和可装配性综合评价技术197

基于物理属性的虚拟装配198

虚拟装配实例199

双级渐开线圆柱齿轮减速器虚拟装配环境实例199

基于层次驱动控制的多机器人协同虚拟装配操作实例204

面向投产序列和工位协同规划的柔性混装线多目标优化研究211

参考文献230

第10章 虚拟制造233

虚拟制造的定义233

虚拟制造的分类236

虚拟制造的研究任务239

虚拟制造中的关键技术241

虚拟制造技术与其他先进制造技术243

虚拟制造系统的体系结构245

通用体系245

专用体系245

虚拟设计/虚拟制造/虚拟装配/虚拟企业的总体框架246

VM的应用实例247

虚拟加工248

零件和刀具的描述248

刀具运动扫描体的计算252

加工过程仿真的实现255

参考文献257

第11章 基于Internet的虚拟数控加工259

基于Internet的虚拟数控加工系统的体系结构259

实现虚拟数控加工系统面临的主要难点261

支持关联运动的虚拟环境拓扑结构262

四边形网格法实现工件动态建模265

虚拟数控机床与虚拟车间相结合的虚拟加工系统268

基于VRML+JAVA的建模方法与通信控制机制270

参考文献272

第12章 分布式虚拟设计276

计算机支持的协同工作276

CSCW的产生276

CSCW的基本概念277

CSCW的研究内容和关键技术278

CSCW的研究现状和应用前景282

协同设计283

协同设计的产生283

协同设计的基本概念285

协同设计的支撑技术286

协同设计的研究现状287

协同设计与虚拟现实288

分布式虚拟设计的概念、技术内涵与体系结构289

分布式虚拟设计的概念与技术内涵289

分布式虚拟设计的体系结构290

面向分布式虚拟设计的协同工作环境研究292

基于CORBA的多层分布式结构292

网络中不同结点的相同实体间的实时通信协议294

并发性问题299

初始一致性问题302

基于可变PDU的Undo/Redo方法303

设计实例——超声波电动机的实时协同虚拟设计系统305

Web环境下的交互式虚拟设计系统306

研究内容与系统体系结构307

基于三维CAD软件二次开发的服务器端工具308

Web系统及CORBA服务器309

基于Web的交互式工作环境312

分布式虚拟设计/制造集成平台313

参考文献314

第13章 VR/AR在电机产品研发中的应用317

概述317

电机产品研发在工业中的地位和作用317

电机产品传统研发流程318

VR/AR对电机产品研发流程的切入点318

切入电磁设计过程319

提高电机电磁设计水平319

为用户设计更合理的电机322

仿真不可能试验的电气项目324

电机电磁设计正确性评定324

小结327

切入结构设计过程327

VR/AR切入点概述327

结构三维设计328

数字样机329

结构创新研究331

电机结构的振动特性分析333

电机的流热场分析334

小结335

工艺与制造过程336

辅助制定工艺参数336

验证工装设计337

基于VR/AR的电机产品研发的前景和效益339

参考文献339

第14章 虚拟现实软件环境VRML341

引言341

VRML341

VRML概述341

VRML文件框架结构344

VRML环境设置347

VRML光效设置350

虚拟场景几何建模352

虚拟场景浏览356

参考文献358

附录359

长江干堤重点堤岸失稳计算机仿真系统359

分布式虚拟设计/制造机械虚拟设计360

足不出户学开车363

分布式虚拟驾驶模拟器364