虛擬注塑成型系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文概述了經(jīng)濟(jì)活動全球化對制造業(yè)的影響以及產(chǎn)品虛擬開發(fā)的主要支撐技術(shù)，系統(tǒng)總結(jié)注塑產(chǎn)品虛擬設(shè)計和虛擬制造需要解決的關(guān)鍵問題和研究現(xiàn)狀。根據(jù)在產(chǎn)品全生命周期設(shè)計不同階段對產(chǎn)品信息需求深度的不同，本文創(chuàng)新性地提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬注塑成型開發(fā)的思路，明確定義了本文研究工作的虛擬環(huán)境，為詳細(xì)的算法研究奠定了基礎(chǔ)。 本文在詳細(xì)分析注塑成型工藝、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬樣機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，通過集成基于虛擬現(xiàn)實(shí)的CAD幾何建模技術(shù)、基

2、于虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬模型物理建模和行為屬性建模技術(shù)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的碰撞檢測技術(shù)，開發(fā)了虛擬注塑成型原型系統(tǒng)。 本文針對虛擬注塑成型系統(tǒng)中的三維建模，首先，提出了由工程語義層、精確描述層和顯示交互層三個層次組成的新的幾何實(shí)體數(shù)據(jù)表示模型，描述了各個層次之間的映射關(guān)系，解決了在虛擬注塑成型系統(tǒng)中實(shí)體建模的模型表示。提出了整合集成和直接在線集成三維建模兩種方法，實(shí)現(xiàn)了在虛擬注塑成型系統(tǒng)中創(chuàng)建、編輯三維幾何模型。針對虛擬注塑成型系統(tǒng)中被操作

3、的對象只能是三角面片，重建了STL三角網(wǎng)格模型和四面體網(wǎng)格模型的拓?fù)湫畔?，簡化了三角網(wǎng)格模型和四面體網(wǎng)格模型。STL格式文件的拓?fù)渲亟ㄊ峭ㄟ^依次讀取二角形，查找并去除重復(fù)的頂點(diǎn)，建立一個包含所有不重復(fù)頂點(diǎn)的頂點(diǎn)表和包含所有三角形的單元表，建立相互間的拓?fù)湫畔?，通過有效的算法完成對邊的查詢。對于四面體網(wǎng)格模型，則采用鄰接圖來表達(dá)四面體網(wǎng)格鄰接關(guān)系。利用深度優(yōu)先遍歷鄰接圖，產(chǎn)生四面體生成樹串，通過共享的面索引和額外的頂點(diǎn)索引，就可以定義出下

4、一個鄰接單元。通過對網(wǎng)格模型的簡化和拓?fù)潢P(guān)系的重建，解決了如模型太大、載入時間長、模型工程語義信息丟失等問題。 本文根據(jù)虛擬注塑成型的環(huán)境特點(diǎn)，提出了虛擬注塑成型層次信息模型，精確表達(dá)了虛擬對象(虛擬注塑部件、虛擬注塑設(shè)備)、虛擬注塑單元(生產(chǎn)線)、虛擬注塑車間環(huán)境之間的拓?fù)潢P(guān)系，模型包含的信息完整，滿足構(gòu)建虛擬注塑成型加工環(huán)境的要求；討論了在虛擬注塑成型系統(tǒng)中的物理屬性建模問題，推導(dǎo)出了建立物理量的基本公式。從運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)角

5、度出發(fā)，將虛擬對象劃分為核心對象和非核心對象。對非核心對象建立了連接關(guān)系，對核心對象賦予其基本物理量，在計算機(jī)圖形學(xué)現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，表現(xiàn)了虛擬注塑成型系統(tǒng)中物理屬性的要求；提出了多Agent的虛擬注塑成型行為建模方法，將虛擬注塑成型劃分為兩種基本成分：Agent和它們之間的關(guān)系。給出了各個虛擬對象Agent的表示模型，以面向?qū)ο驪etri網(wǎng)的狀態(tài)變遷機(jī)制作為Agent的行為推理模式，以實(shí)體的幾何狀態(tài)、物理狀態(tài)及運(yùn)動狀態(tài)等屬性變遷的計算

6、作為Agent行為計算方法，以Agent間相互消息傳遞關(guān)系米描述系統(tǒng)行為邏輯，給出了虛擬注塑成型的系統(tǒng)行為推理、行為計算、消息處理的算法，在計算機(jī)上精確表達(dá)了注塑成型過程中各個零部件協(xié)同動作，實(shí)現(xiàn)了虛擬注塑成型的行為過程。 在虛擬注塑成型系統(tǒng)中，碰撞是觸發(fā)虛擬對象發(fā)生行為的主要因素。本文提出了一種新的連續(xù)碰撞檢測算法。該算法在每個時間區(qū)間上實(shí)時處理，把單個時間區(qū)間劃分成若干個子時間區(qū)間，使用連續(xù)OBB包圍盒相交檢測方法，計算出在

7、子時間區(qū)間內(nèi)的潛在碰撞集，并結(jié)合三角面片之間的碰撞檢測和回退技術(shù)，計算出碰撞位置和初始碰撞時間。提出了改進(jìn)的碰撞檢測算法，在每個虛擬對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里添加Cache字段，記錄每個虛擬對象上次發(fā)生碰撞的三角形基本的幾何信息，根據(jù)局部性定理，碰撞再次發(fā)生時，通過比較與更新Cache字段中的三角形的碰撞情況，改善了碰撞檢測速度?；谔摂M對象物理屬性和行為屬性的基礎(chǔ)上，提出了采用Tailor級數(shù)的計算已知物理和行為屬性的虛擬對象的碰撞初始時間，減