基于增強(qiáng)現(xiàn)實的協(xié)同式裝配系統(tǒng)研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實是從虛擬現(xiàn)實發(fā)展出來的一門新興的技術(shù)，能夠?qū)⑻摂M信息，包括圖形、聲音等疊加到真實場景中去，以達(dá)到對現(xiàn)實的信息進(jìn)行增強(qiáng)的目的。增強(qiáng)現(xiàn)實以其虛實結(jié)合的特點在醫(yī)療、制造業(yè)、軍事、教育、娛樂等諸多領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。
　　 在制造業(yè)中，裝配技術(shù)旨在采用快速，可靠，低成本的裝配方法來提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)約成本。傳統(tǒng)的原型裝配方法就是制造出零件的原型。零件原型雖然能夠給操作者提供真實的裝配操作體驗，但零件原型的

2、開發(fā)成本非常高，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計不足，無法在零件原型上直接修改，必須重新制造原型來改進(jìn)，反復(fù)這個過程直到得到滿意的產(chǎn)品設(shè)計。這種開發(fā)方式導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計周期長，成本高。隨著計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，裝配操作變得越來越自動化，虛擬裝配極大地推動了裝配技術(shù)的進(jìn)步。虛擬裝配技術(shù)采用計算機(jī)生成的虛擬三維零件模型來代替零件原型，不需要加工出樣品原型，可以大幅度降低生產(chǎn)成本，而且零件的改進(jìn)只需要修改對應(yīng)的虛擬模型，大大縮短了設(shè)計時間。然而虛擬裝配也有其

3、不足之處，就是其將設(shè)計人員完全浸入在虛擬的環(huán)境中，沒有任何真實裝配空間的信息，導(dǎo)致操作環(huán)境真實感不足，操作不夠直觀高效。如果將增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到裝配設(shè)計中，就可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實的虛實結(jié)合的特點，將真實的裝配空間和虛擬的零件模型操作結(jié)合到一起,使裝配環(huán)境更加真實，交互方式更加自然，裝配操作更加直觀高效，裝配效果更加可靠。
　　 本文提出了一個基于增強(qiáng)現(xiàn)實的協(xié)同式裝配系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中注冊跟蹤、遮擋處理、碰撞檢測、人機(jī)交

4、互、運動仿真等幾個關(guān)鍵模塊的設(shè)計和實現(xiàn)方法。系統(tǒng)包含了增強(qiáng)現(xiàn)實和裝配設(shè)計上的諸多關(guān)鍵技術(shù)：為支持多用戶協(xié)同設(shè)計，系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)；遮擋處理是用于計算虛擬模型和真實物體正確的遮擋關(guān)系；碰撞檢測用來判斷零件之間是否發(fā)生碰撞，進(jìn)而判斷零件之間的約束關(guān)系和輔助交互工具與零件的交互過程；在人機(jī)交互設(shè)計上，系統(tǒng)不是采用傳統(tǒng)的二維鼠標(biāo)和菜單，而是設(shè)計了一系列針對增強(qiáng)現(xiàn)實裝配操作的交互工具，用以模擬真實環(huán)境下的三維交互。這些交互工具是虛擬面板、虛