●前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景、目的與意義 1
1.2 研究現狀與動態 3
1.2.1 虛擬裝配 3
1.2.2 煤礦場景仿真 6
1.2.3 虛擬現實交互工具 6
1.2.4 煤礦裝備三維建模 7
1.2.5 基於網絡的信息化服務平臺和虛擬裝配技術 8
1.2.6 基於網絡的數字模型與3D動態設計 9
1.2.7 機械裝備公共服務平臺設計 10
1.2.8 目前研究存在的問題和不足 11
1.3 主要研究內容與總體組織結構圖 12
第2章 面向煤機裝備的虛擬現實裝配技術與繫統總體設計 14
2.1 虛擬裝配技術 14
2.1.1 虛擬裝配的定義 14
2.1.2 虛擬裝配的特征 14
2.1.3 虛擬裝配的分類 16
2.1.4 虛擬裝配的構成 16
2.2 虛擬現實場景仿真技術 17
2.3 繫統設計目標 17
2.4 繫統總體設計 18
2.4.1 繫統體繫結構 19
2.4.2 繫統結構設計 19
2.5 繫統硬件設計 20
2.6 繫統軟件設計 23
2.6.1 開發環境 24
2.6.2 開發平臺 24
2.6.3 繫統開發技術 26
2.6.4 繫統開發軟件選擇 27
2.7 繫統功能設計 27
第3章 煤機裝備虛擬現實模型資源庫 32
3.1 繫統框架設計 32
3.2 結構層次劃分技術 33
3.3 CAD建模技術 34
3.4 CAD模型轉換與優化技術 37
3.5 CAD模型修復技術 43
3.6 Google 3D Warehouse資源尋找技術 47
3.7 3D MAX場景與動畫制作技術 47
3.8 繫統實現 50
第4章 基於OSG的煤機裝備虛擬裝配方法與繫統 53
4.1 煤機裝備裝配序列與路徑規劃方法 54
4.1.1 破碎部裝配序列 55
4.1.2 截割部裝配序列 56
4.1.3 牽引部裝配序列 58
4.2 OSG與CEGUI結合的框架 59
4.2.1 OSG與CEGUI結合開發繫統界面 60
4.2.2 繫統場景管理 61
4.2.3 場景菜單內容設計 62
4.3 模型操縱 64
4.3.1 模型的選擇 64
4.3.2 模型的重置 67
4.4 虛擬裝配與拆卸演示 68
4.5 路徑記錄與回放 71
4.5.1 路徑記錄 71
4.5.2 路徑回放 72
4.6 自動定位約束 74
4.7 網絡協同裝配 77
4.7.1 工作流程 77
4.7.2 基於Windows Sockets的網絡協同裝配 77
4.7.3 具體實現流程 78
4.8 立體顯示 79
4.8.1 原理與種類 79
4.8.2 雙目視差立體顯示實現方法 81
4.8.3 OSG中的立體成像技術 82
第5章 基於UG的煤機裝備虛擬裝配方法與繫統 85
5.1 基於UG的采煤機虛擬裝配繫統總體設計 85
5.1.1 繫統設計目標 85
5.1.2 繫統總體結構設計 86
5.1.3 繫統開發環境選擇 88
5.1.4 繫統功能設計 89
5.2 虛擬裝配繫統數據模型構建方法 91
5.2.1 虛擬裝配模型構建方法 91
5.2.2 基於XML的虛擬裝配信息框架 93
5.2.3 裝配信息數據模型 94
5.2.4 基於XML Schema標準的裝配信息數據文件 95
5.2.5 基於XML的裝配信息數據結構特點 96
5.2.6 裝配信息模型的構建 97
5.3 基於UG的采煤機虛擬裝配繫統功能實現 101
5.3.1 虛擬裝配環境關鍵數據規劃 101
5.3.2 自動裝配 104
5.3.3 裝配順序和裝配路徑規劃 108
5.3.4 裝配過程動態仿真 111
5.4 基於UG的采煤機虛擬裝配繫統開發 116
5.4.1 繫統應用程序框架 116
5.4.2 繫統主菜單設計 118
5.4.3 裝配體導入模塊開發 118
5.4.4 自動裝配模塊開發 120
5.4.5 裝配規劃模塊開發 121
5.4.6 裝配規劃實例應用 123
第6章 煤機裝備虛擬現實裝配人機交互技術與繫統 126
6.1 鼠標、鍵盤人機交互 126
6.1.1 基於軌跡球的場景交互 126
6.1.2 基於鼠標的裝配交互 127
6.2 虛擬手人機交互子繫統 129
6.2.1 技術路線 129
6.2.2 虛擬手模型的建立 130
6.2.3 位置跟蹤器和數據手套的關繫建立 135
6.2.4 虛擬手裝配操作 136
6.2.5 基於虛擬手的裝配交互實現 143
6.3 力反饋人機交互子繫統 143
6.3.1 Phantom Desktop設備介紹 144
6.3.2 子繫統框架設計 144
6.3.3 模型導入技術 146
6.3.4 物體的力覺繪制 148
6.3.5 力反饋操縱模型原理 148
6.3.6 自動定位約束 150
6.3.7 觸覺與視覺渲染模式 151
第7章 煤機裝備場景仿真和漫遊技術與繫統 152
7.1 子繫統框架設計 152
7.2 綜采工作面場景及動畫建立 153
7.2.1 綜采工作面分析 153
7.2.2 對設備進行建模 153
7.2.3 “三機配套”圖 155
7.2.4 單個模型運動仿真 155
7.2.5 綜采工作面仿真 156
7.3 綜掘工作面場景及動畫建立 158
7.3.1 設備建模 158
7.3.2 掘進機整機運動仿真 158
7.3.3 作業順序安排 160
7.3.4 粒子繫統的建立 160
7.4 漫遊功能的實現 162
7.4.1 漫遊器實現流程與接口 162
7.4.2 事件響應 162
7.4.3 踫撞檢測 163
7.4.4 漫遊與場景關聯 164
第8章 煤機裝備虛擬現實裝配網絡化技術與繫統 165
8.1 子繫統框架設計 165
8.1.1 子繫統硬件設計 166
8.1.2 子繫統軟件設計 166
8.1.3 子繫統結構設計 167
8.2 虛擬現實資源庫 167
8.3 ActiveX控件技術 168
8.3.1 編寫OSG-ActiveX控件 168
8.3.2 服務器端控件發布 168
8.3.3 客戶端環境配置 169
8.4 基礎界面設計 169
8.5 後臺數據庫設計 170
8.6 公共服務版 172
8.6.1 選擇視頻制作軟件 172
8.6.2 選擇播放的格式 172
8.6.3 網絡播放代碼與效果測試 172
8.6.4 多視角播放 172
第9章 基於WebGL的煤機裝備數字模型技術與繫統 174
9.1 繫統總體方案與關鍵技術 174
9.1.1 設計目標 174
9.1.2 總體結構 174
9.1.3 功能結構 176
9.1.4 關鍵技術 177
9.1.5 運行機制 178
9.1.6 繫統發布 179
9.2 繫統與數據庫的連接方案 180
9.2.1 建立數據表 180
9.2.2 數據庫查詢技術 181
9.2.3 模型存儲方案 183
9.3 WebGL 3D顯示技術應用 188
9.3.1 WebGL關鍵技術 188
9.3.2 建立幾何模型 190
9.3.3 設置模型材質 190
9.3.4 導入外部模型 191
9.3.5 模型的平移、旋轉、縮放 192
9.3.6 著色器設置 193
9.3.7 瀏覽器支持情況 194
9.4 模型預覽方案 195
9.4.1 子頁面設計 195
9.4.2 添加3D模型 196
9.4.3 3D動態模型與裝配過程顯示 196
第10章 繫統集成、測試與應用 199
10.1 繫統集成與頁面設計 199
10.2 虛擬裝配與仿真繫統測試 203
10.2.1 測試原則 203
10.2.2 測試內容 203
10.2.3 測試方法 209
10.2.4 測試步驟 209
10.2.5 測試結論 210
10.3 虛擬裝配與仿真繫統應用 211
10.3.1 基於OSG的虛擬裝配技術應用 211
10.3.2 基於UG的虛擬裝配技術應用 217
10.3.3 場景仿真與漫遊繫統應用 223
10.3.4 虛擬裝配人機交互應用 225
10.3.5 基於Web的虛擬裝配與仿真繫統應用 229
10.3.6 基於WebGL的虛擬裝配與仿真繫統應用 231
10.4 繫統選擇與比較 235
參考文獻 236

本書以虛擬現實、“互聯網+”等新一代信息技術與煤機裝備深度融合為主線，進行了面向煤機裝備的虛擬現實裝配技術研究與應用繫統開發。最終實現的繫統包括煤機裝備虛擬現實模型資源庫、基於OSG的煤機裝備虛擬裝配方法與繫統、基於UG的煤機裝備虛擬裝配方法與繫統、煤機裝備虛擬現實裝配人機交互技術與繫統、煤機裝備場景仿真和漫遊技術與繫統、煤機裝備虛擬現實裝配網絡化技術與繫統以及基於WebGL的煤機裝備數字模型技術與繫統等七部分。本書可為煤機裝備結構設計、虛擬仿真技術在工程領域的應用等提供依據和參考，可供從事機械現代設計、虛擬現實仿真技術研究、人機交互設備研發的科研和工程技術人員，以及高等院校相關專業的研究生和高年級本科生閱讀。