资源描述
F N on of is A on us a VR is of R or E to is is is to of is is is AD be E, of of of of or be of be is an in as (1) of or (2)(3)(4)of (5)of (6) of of A is to a So it is A is of of So of is to be R AD be to of or AD is R R VR to R A be as of a be as of AD a E, R in of E. t E, in of In to of is to be E. of AD to by of of of AD AD is in of AD of to is by of of In is E on be to on of is is on of In to ) is as of is as A + is as of VR 3LP to of TK R RL LP be to E. In TK 1） t be TK of 2) on 3) of is of of t be up E. in R is 1 R by . is of r), g) b). of r, g b to of In to is If of r g of b of be to of of s VR LP is . on of R be VR us In to of of of of of of of of A s to of of of of is to of By LP in of is up to of of is of E, a is by to is up of is up by of be by of of of of a of a of is in n is on At VA is to of to AD E, of is E. A is to is on of E. is is so of AD E is 统和虚拟 装配面层次上几何信息的转换 摘要： 传统的产品装配，一般借助于实物模型来完成，而实物模型的建立是一个费时费力的过程。基于虚拟现实技术的虚拟装配技术的发展，为我们解决装配问题提供了新的低成本的快速手段。虚拟现实技术具有沉浸性（ 、交互性（ 和构想性（ 1。采用虚拟现实技术，在完成产品的零部件设计后，将零部件的几何模型、公差（或误差）特征输入计算机，在虚拟环境中结合工装工具模型、人体空间运动模型进行虚拟装配和装配性能分析和评价，对不合理的结构 进行改进设计，完成装配方案和装配计划的优选，最后进行实际装配，从而确保实际装配的一次成功，缩短了产品开发周期，降低了产品开发成本 2 。 关键词：虚拟装配、虚拟环境、数据转换、几何信息 统中的模型可以导入到虚拟环境，但是导入的模型仅仅具有体的概念，不具备面的概念。我们可以选中整个装配体或单个零部件，却不能选中零部件的某一个面。面在装配中是一个非常重要的概念，在装配操作中具有如下的功能： (l）零部件或装配体的定位； (2）定义约束； (3）定义联接； (4）定义形状公差和位置公差；(5）定义精度和粗糙度 ； (6)定义物理信息（颜色、材质等）等。离开了面的概念，装配的概念也就变得模糊，虚拟装配也就蜕变为一个单纯的仿真系统。因此，在虚拟装配仅仅具有体的概念是远远不够的，我们需要在生成虚拟现实文档的过程中，建立起面的概念。 统通过数据转换接口将 型的表面进行离散，离散成多边形面片或三角形面片的集合，然后将这些面片信息写入虚拟现实文档。虚拟环境提取虚拟现实文档提供的面片信息，将所有的面片绘制出来，从而生成虚拟实体。在 统中，零件可以看作是面的集合体，面看作是面片的集合体。而在虚拟装配环境中 ，体和面片之间存在对应关系，所有的面片构成了整个虚拟实体，通过这种对应关系就构造出了体的信息。而面与面片不存在对应关系，从而导致了面的信息的丢失。为了建立起面的信息，就需要重新构建面与面片之间的对应关系。为此，本文通过不同颜色标识不同的面。在 统中，利用 统的二次开发功能将 型的每一个面涂上不同的颜色，这样，在虚拟环境中，具有同一种颜色的面片也就属于同一个面。然后通过构造面链表和面片链表，建立面与面片之间的对应关系，从而在虚拟环境中建立起面的信息。 本文选用 简称 ）作为装配建模软件 4；选用 称 为虚拟装配的开发平台 5；选用 作为应用程序的开发平台。 过虚拟现实文档接口（如： 3 ）和多种建模软件进行几何信息的传递。 然支持多种文件格式的输入，但是 只能通过 式和 式与 行几何信息的传递。但在实际应用中， 档在 构建的虚拟环境中存在如下的限制：不能提取几何信息，不能进行修改颜色、改变纹理等操作；不能对虚拟实体进行缩放操作；对虚拟实体的碰撞检测不能精确到多边形，检测精度低。为此，本文采取了另外一种虚拟文档格式： 档。 档是 的渲染格 式，包含如下信息：三角面片的坐标信息；三角面片的每个顶点的法线信息；三角面片的颜色信息。同一个面的所有面片具有相同的颜色。 档与 档相比较具有如下优点： (l）包含颜色信息，为使用颜色标识转换法奠定基础。 (2）每个三角面片具有三个顶点法线信息，三角面片之间的连接过渡较圆滑，显示效果要优于 档。 首先在 环境中完成装配建模，然后顺次取出装配体的每个零件生成相应的虚拟现实文档，图 1 给出了虚拟现实文档的生成过程。 使用 的 块完成对零件的颜 色修改操作。颜色由 r、 g、 定每个面不同的 r、 g、 b 值，也就产生了不同颜色的面。为了充分区别两个面，本文采用增减涂色法，如果 r、 g 的值增加， b 的值就应当相应减少，增加和减少的幅度不同，这样产生的每个面颜色相差较大，便于区别。涂色之后利用 的 型转换模块，即可生成 拟现实文档。对所有的零件进行上述操作，即产生相应的虚拟现实文档。 虚拟现实文档提供了面片信息、法线信息、颜色信息等。为了建立起面与面片之间的对应关系，我们需要建立 2 个链表结构：面链表和面 片链表。面链表和面片链表的结构如图 2 所示。面链表包含了每个面的信息，包括面的名称、编号、颜色以及面片链表等，面的颜色和面片链表之间存在一一对应关系，面片链表用来存储具有相同颜色的面片。顺序读取 档，取出面与面片的信息分别存入面链表和面片链表。这样，面、颜色、面片三者之间就产生了关联，以颜色为载体，面与面片之间就建立起了对应关系。 在虚拟环境中，面的选取通过选取与面相对应的所有面片来实现的。首先利用数获得当前活动的三角形面片，利用 数获得当前活动三角形面片的编号。然后在面片链表和面链表进行搜索，获得包含此面片编号的面。对此面中包含的所有面片进行相同的操作，也就相当于对面进行了相应的操作。比如将所有的面片高亮度显示，在视觉效果上，整个面就会高亮度显示，从而感觉面被选中了。通过这种方式，我们就实现了在面层次上几何信息的重建。 从 统转换到虚拟环境的几何信息仅仅具有体的信息，面的信息在转换过程中已经丢失。本文在 统和虚拟装配环境之间的几何信息转换方面作了一些探索，在虚拟环境中重新建立起了面的概念。虚拟环境中的物体造型采用多面体 造型。本文利用颜色标识转换法和 二次开发功能，使用颜色对面进行标识，将面的信息和面片信息存入面的链表和面片链表。通过颜色作为中介，建立了面与面片之间的对应关系。在虚拟环境中，利用这种对应关系，建立起面的概念，在面的层次上实现了几何信息的重建。同时开发了虚拟装配试验系统，对转换效果进行了验证，经过转换之后的几何信息在虚拟装配环境中在面的层次得到重构，显示效果良好，信息转换准确，较好地解决了 统和虚拟环境之间的几何信息转换问题 。 参考文献 l张茂军主编虚拟现实系统北京科学出版社 2001 。 2et 9(8),1997:575 一 584. 3 万华根基于虚拟现实的 法研究浙江大学博士论文 1999。 45 s
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