基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)控車床床頭箱的設(shè)計與仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　論文題目 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號

2、 </p><p>　　班 級 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　年 月 日</p><p>　　基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)控

3、車床床頭箱的設(shè)計與仿真</p><p>　　摘要：本設(shè)計基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，采用VRML軟件平臺，對數(shù)控車床床頭箱進行仿真與交互。床頭箱通過液壓油缸驅(qū)動，由活塞桿推動撥叉使雙聯(lián)齒輪塊滑移，實現(xiàn)了2級變速。虛擬過程利用AutoCAD建立靜態(tài)模型，再用3DMAX輸出成VRML文件，運用所學(xué)習的VRML編程知識對床頭箱內(nèi)齒輪和軸的靜態(tài)模型進行運動仿真和人機交互。</p><p>　　同時，本文對床

4、頭箱各零件的選型和校核做了詳細的闡述，并且對VRML語言的常用節(jié)點也有相關(guān)的介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實技術(shù) VRML 床頭箱 </p><p>　　Based on virtual reality technology CNC lathe bedside box design and simulation</p><p>　　Abstrac

5、t:Based on the design of virtual reality technology ,Using VRML platform ,CNC lathe right bedside box for interactive simulation,Bedside box driven by hydraulic cylinder ，plectrum by promoting the piston rod so that the

6、 two pieces of gear slip and realized the two variable. Virtual process using AutoCAD to establish static model, and then three DMAX output into VRML file, use study of VRML programming knowledge to bedside box gears and

7、 shafts static model simulation and HCI .</p><p>　　Meanwhile, the paper box on the bedside parts selection and check of a detailed, VRML and the common node has a similar briefing.</p><p>　　Keyw

8、ords:Virtual Reality Rechnology VRML Bedside box 目 錄</p><p><b>　　1 引言3</b></p><p>　　1.1 課題背景4</p><p>　　1.1.1 數(shù)控車床4</p><p>　　1.1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)4</p&g

9、t;<p>　　1.2 課題目的5</p><p>　　2 床頭箱的設(shè)計過程及結(jié)果驗算5</p><p>　　2.1 傳動方案的擬定5</p><p>　　2.1.1 已知參數(shù)6</p><p>　　2.1.2 傳動比的分配6</p><p>　　2.2 傳動零件的設(shè)計計算6<

10、;/p><p>　　2.2.1 傳動裝置的運動及動力參數(shù)計算6</p><p>　　2.2.2 帶輪的設(shè)計計算7</p><p>　　2.2.3 齒輪的設(shè)計計算8</p><p>　　2.2.4 軸的設(shè)計計算13</p><p>　　3 床頭箱靜態(tài)建模13</p><p>　　3

11、.1 各零件的靜態(tài)建模14</p><p>　　3.1.1 輸入軸的模型建立14</p><p>　　3.1.2 中間軸的模型建立14</p><p>　　3.1.3 車床主軸的模型建立15</p><p>　　3.2 零件空間相對位置的確定16</p><p>　　4 VRML語言16<

12、/p><p>　　4.1 VRML簡介17</p><p>　　4.2 VRML的幾個典型應(yīng)用17</p><p>　　4.3 VRML文件的構(gòu)成18</p><p>　　4.3.1 什么是節(jié)點18</p><p>　　4.3.2 文件頭18</p><p>　　4.3.3 幾

13、個常用節(jié)點介紹18</p><p>　　5 利用VRML語言進行動態(tài)仿真21</p><p>　　5.1 編程實現(xiàn)各軸的旋轉(zhuǎn)21</p><p>　　5.2 床頭箱實現(xiàn)2級變速運動虛擬交互24</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算

14、機生成一個逼真的三維虛擬環(huán)境，并通過使用傳感設(shè)備與之相互作用的新技術(shù)。它與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)完全不同，是將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一，并利用頭盔顯示器、圖形眼鏡、數(shù)據(jù)服、立體聲耳機、數(shù)據(jù)手套及腳踏板等傳感裝置,把操作者與計算機生成的三維虛擬環(huán)境連結(jié)在一起。操作者通過傳感器裝置與虛擬環(huán)境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并按照自己的意愿去改變“不如意”的虛擬環(huán)境。例如，計算機虛擬的環(huán)境是一座樓房，內(nèi)有各種設(shè)備、物品，操作者

15、會如同身臨其境一樣，可以通過各種傳感裝置在屋內(nèi)行走查看、開門關(guān)門、搬動物品；對房屋設(shè)計上的不滿意之處，還可隨意改動。顯然，利用這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行建筑、機械、兵器等設(shè)計修改，實施技術(shù)操作訓(xùn)練和軍事演習活動要容易得多，也便宜得多。</p><p>　　虛擬現(xiàn)實世界，最重要的特點就是“逼真”感與“交互”性。參與者置身于虛擬世界中，環(huán)境、人像都猶如在真實環(huán)境中，其中的各種物體及現(xiàn)象都在相互作用著。環(huán)境中的物體和特性，按

16、照自然規(guī)律發(fā)展和變化，而人在其中有視覺、聽覺、觸覺、運動覺、味覺和嗅覺等感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以創(chuàng)造形形色色的、神話般的人造現(xiàn)實環(huán)境，其形象逼真，令人有身臨其境的感覺，并且與虛擬的環(huán)境可進行交互作用，達到以假亂真的程度。 </p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　1.1.1 數(shù)控車床</p><p>　

17、　數(shù)控車床是機電一體化的典型產(chǎn)品，是新一代生產(chǎn)技術(shù)（如柔性制造系統(tǒng)（FMS））、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等的技術(shù)基礎(chǔ)，另外也是機、電、液、氣、光高度一體化的產(chǎn)品。要實現(xiàn)對機床的控制，需要用集合信息描述刀具和工件間的相對運動以及用工藝信息來描述機床加工必須具備的一些工藝參數(shù)。例如：進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻液的開/關(guān)等。這些信息按一定的格式形成加工文件存放在信息載體上，然后由機床的數(shù)控系統(tǒng)讀入，同多對其譯碼，從而使機

18、床動作和加工零件。</p><p>　　1.1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)</p><p>　　科學(xué)技術(shù)高速發(fā)達的今天，人類面臨著越來越多前所未有又不許解決和突破的問題，例如，載人航天、核實驗、新武器研制、自然災(zāi)害預(yù)報、醫(yī)療手術(shù)的模擬與訓(xùn)練以及多兵種軍事聯(lián)合訓(xùn)練與演習等。其中有些問題，要投入巨大的人、物力、財力，消耗過長的時間；有些甚至要冒著人員傷亡的風險；有些采用傳統(tǒng)的方法干脆完全不可為。虛擬現(xiàn)

19、實技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，為解決和處理這些問題提供了新的方法和途徑。</p><p>　　軍事上，虛擬現(xiàn)實將在武器系統(tǒng)性能評價、武器操縱訓(xùn)練及指揮大規(guī)模軍事演習三方面發(fā)揮重大作用。如美國國防部制定了戰(zhàn)爭綜合演示廳計劃、防務(wù)仿真交互網(wǎng)絡(luò)計劃、綜合戰(zhàn)役橋計劃，建立了虛擬座艙等應(yīng)用環(huán)境，并在核武器試驗及許多局部戰(zhàn)爭中應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)。</p><p>　　在教育與娛樂領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使學(xué)生游覽

20、海底、遨游太空、觀摩歷史城堡，甚至深入原子內(nèi)部觀察電子的運動軌跡，而更形象地獲取知識，激發(fā)學(xué)習興趣和創(chuàng)造型思維。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“沉浸感”在娛樂業(yè)有著極其廣泛的應(yīng)用，它可將三維逼真視景、游戲桿、油門、剎車等集成應(yīng)用，給用戶很強的感官刺激。</p><p>　　在作業(yè)和技術(shù)培訓(xùn)中，對于那些高難度和危險環(huán)境下的科目，如醫(yī)療手術(shù)訓(xùn)練、宇航員、飛行員、駕駛員訓(xùn)練以及有毒或有害環(huán)境操作等，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)達到訓(xùn)練、研究的目的

21、。美國的NASA和歐洲空間局ESA曾成功地將VR技術(shù)應(yīng)用于航天運載器的空間活動、空間站的操作和對哈勃太空望遠鏡維修方面的地面訓(xùn)練。</p><p>　　在科學(xué)計算上，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。如各種結(jié)構(gòu)模型、大壩應(yīng)力計算的結(jié)果、地震石油勘探數(shù)據(jù)處理等，均十分需要三維（甚至多維）圖形可視化的顯示和交互瀏覽，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為科學(xué)研究、探索微觀形態(tài)等提供了形象直觀的工具。</p><p>

22、　　近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)又有了很大的發(fā)展，研制出了各種新的交互設(shè)備，譬如雙手輸入技術(shù)，三維力反饋設(shè)備等；出現(xiàn)了所謂增強現(xiàn)實（Augmented Reality）技術(shù)，它是將真實環(huán)境和虛擬現(xiàn)實的景象結(jié)合起來的一種技術(shù)，既可減少生成復(fù)雜環(huán)境的開銷，又便于對實際物體的操作；開展了分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境的構(gòu)建，在因特網(wǎng)（在高速Internet）環(huán)境下，充分利用各地資源的優(yōu)勢，協(xié)同開發(fā)虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用，如美國大型軍用交互仿真系統(tǒng)NPSNet等。虛擬現(xiàn)實

23、作為技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動力之一，正在成為人們的研究熱點。</p><p>　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)經(jīng)過20多年的研究探索，于20世紀80年代末走出實驗室，開始進入實用化階段。目前已在娛樂、醫(yī)療、工程和建筑、教育和培訓(xùn)、軍事模擬、科學(xué)和金融可視化等方面獲得了應(yīng)用，并取得了顯著的綜合效益。在21世紀，人類將進入虛擬現(xiàn)實的嶄新技術(shù)時代。</p><p><b>　　1.2 課題目的</b&g

24、t;</p><p>　　本設(shè)計的目的分為兩方面，一是通過對數(shù)控車床床頭箱的設(shè)計，進一步鞏固機械設(shè)計的基礎(chǔ)理論和相關(guān)專業(yè)知識，鍛煉獨立工作能力和創(chuàng)新精神，研究方案的制定、論證、分析比較的能力，以及設(shè)計、手工繪圖能力；二是了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)，基本掌握VRML語言，并能獨立編寫簡單的VRML程序，實現(xiàn)對床頭箱的仿真。</p><p>　　2 床頭箱的設(shè)計過程及結(jié)果驗算</p>&

25、lt;p>　　2.1 傳動方案的擬定</p><p>　　這次床頭箱設(shè)計參考的是CK6140數(shù)控車床，CK6140數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)采用分離傳動，變速箱實現(xiàn)9級變速，床頭箱實現(xiàn)2級變速。數(shù)控機床的主軸變速不通過機械機構(gòu)，僅利用數(shù)控系統(tǒng)就能很方便地實現(xiàn)無級調(diào)速。但是，為了使機床主軸同時滿足既具大扭矩，又能實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速的要求，數(shù)控機床的主傳動必須采用機械變速機構(gòu)，機械變速機構(gòu)使機床主軸能實現(xiàn)分段無級調(diào)速。在機械

26、變速機構(gòu)的低速檔時，機床能實現(xiàn)大扭矩切削；在機械變速機構(gòu)的高速檔時，機床能實現(xiàn)高速切削。床頭箱中的變速機構(gòu)是利用箱頂?shù)挠透淄ㄟ^帶齒條的活塞桿，推動齒輪和撥叉，操縱雙聯(lián)齒輪塊的滑移，實現(xiàn)變速。床頭箱的皮帶輪內(nèi)側(cè)裝有電磁制動器，實現(xiàn)快速高效的制動。</p><p>　　2.1.1 已知參數(shù)</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速采用18級變速，30~1600轉(zhuǎn)/分，主電機功率為7.5千瓦，轉(zhuǎn)速為144

27、0轉(zhuǎn)/分，CK6140車床傳動系統(tǒng)圖。</p><p>　　2.1.2 傳動比的分配</p><p>　　根據(jù)已知的傳動系統(tǒng)圖，可以知道床頭箱實現(xiàn)的是2級變速，因為變速箱的各級傳動已知，可得床頭箱的低速和高速傳動比分別為7和 1。根據(jù)普通車床的轉(zhuǎn)速圖、技術(shù)參數(shù)所遵循的原則，輸入軸和中間軸的傳動比為。則可計算得低速，高速</p><p>　　2.2 傳動零件的設(shè)計

28、計算</p><p>　　2.2.1 傳動裝置的運動及動力參數(shù)計算</p><p>　　輸入軸最低轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)/分 </p><p>　　1 各軸的轉(zhuǎn)速計算：</p><p>　　2 各軸的輸入功率計算：</p><p>　　3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　2.2.2 帶輪的設(shè)計計算&

29、lt;/p><p><b>　　1 確定計算功率</b></p><p>　　每天工作8小時，工況系數(shù)，故</p><p>　　2 選取普通V帶型號</p><p><b>　　初步選用A型帶</b></p><p>　　3 選取帶輪基準直徑</p><p&g

30、t;　　由表19-2，取，并取</p><p><b>　　由表中的標準值得</b></p><p><b>　　4 驗算帶速v</b></p><p><b>　　因故合適</b></p><p>　　5 確定帶輪的中心距和帶的基準長度</p><p>

31、;<b>　　即</b></p><p><b>　　初選中心距</b></p><p><b>　　計算帶長：</b></p><p><b>　　選取基準帶長度：</b></p><p><b>　　6 驗算小帶輪包角</b>&l

32、t;/p><p><b>　　7 確定帶的根數(shù)</b></p><p><b>　　查表 </b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　取Z=3<

33、;/b></p><p><b>　　8 確定初拉力</b></p><p><b>　　9確定壓軸力</b></p><p>　　查手冊得 帶輪使用 =215mm 輪厚105mm</p><p>　　2.2.3 齒輪的設(shè)計計算</p><p>　　輸入軸與中間軸間的

34、齒輪設(shè)計計算：</p><p>　　傳動比 中振 工作9年 每天8小時</p><p>　　輸入功率P=KW 轉(zhuǎn)速n=200r/min 轉(zhuǎn)距T=</p><p>　　1 選擇齒輪的材料，熱處理方式及計算許用應(yīng)力</p><p>　　中速中振，選用軟齒面且小齒輪的硬度比大齒輪大30—50HBS</p><p>　　小

35、齒輪：45#鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度217—255HBS</p><p>　　大齒輪：45#鋼 正火處理 硬度169—217HBS</p><p><b>　　2 確定許用應(yīng)力</b></p><p><b>　　1） </b></p><p><b>　　2）</b></

36、p><p><b>　　3）計算許用應(yīng)力</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　由于軟齒面閉式傳動，其主要失效是齒面點蝕，應(yīng)按齒面接觸疲勞強度進行校核</p><p>　　3 初步確定基本參數(shù)和主要尺寸</p><p><b>　　初步

37、估計速度</b></p><p><b>　　初選 </b></p><p>　　K=1.4 </p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取標準值</b></p><p>　　則中心距圓整取168

38、mm</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　驗算帶速</b></p><p><b>　　計算齒寬：大齒輪：</b></p><p><b>　　小齒輪：</b></p><p>　　4 驗算輪齒彎曲

39、疲勞強度</p><p><b>　　查標準表和圖 </b></p><p>　　中間軸與主軸間的齒輪設(shè)計計算：</p><p>　　傳動比 i=3.8 中振 工作9年 每天8小時</p><p>　　輸入功率P=6.112KW 轉(zhuǎn)速n=108.8r/min 轉(zhuǎn)距T=376.37N*m</p><p

40、>　　1 選擇齒輪的材料，熱處理方式及計算許用應(yīng)力</p><p>　　中速中振，選用軟齒面且小齒輪的硬度比大齒輪大30—50HBS</p><p>　　小齒輪：45#鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度217—255HBS</p><p>　　大齒輪：45#鋼 正火處理 硬度169—217HBS</p><p><b>　　2 確定許用應(yīng)力&

41、lt;/b></p><p><b>　　1） </b></p><p><b>　　2）</b></p><p><b>　　3）計算許用應(yīng)力</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　由于

42、軟齒面閉式傳動，其主要失效是齒面點蝕，應(yīng)按齒面接觸疲勞強度進行校核</p><p>　　3 初步確定基本參數(shù)和主要尺寸</p><p><b>　　初選 </b></p><p>　　K=1.4 </p><p><b>　　取</b></p><p>&l

43、t;b>　　取標準值</b></p><p>　　則中心距圓整取192mm</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　驗算帶速</b></p><p><b>　　計算齒寬：大齒輪：</b></p><p>

44、<b>　　小齒輪：</b></p><p>　　4 驗算輪齒彎曲疲勞強度</p><p><b>　　查標準表和圖 </b></p><p>　　2.2.4 軸的設(shè)計計算</p><p><b>　　輸入軸的直徑</b></p><p><b&

45、gt;　　輸入軸有一鍵槽 </b></p><p><b>　　接大帶輪取標準值</b></p><p>　　不承受軸向力，故可以選用兩對深溝球軸承7207C 主要參數(shù)：d=45mm D=85mmB=17mm </p><p>　　d=35 D=80 B=15</p><p><b>　　中間軸

46、的直徑</b></p><p><b>　　故取標準值</b></p><p>　　軸端安裝軸承 ，因為此軸上的徑向力比較的</p><p>　　故 選用兩對圓錐滾子軸承7309C 主要參數(shù)：d=40 D=80mm B=25mm d=35 D=80mm B=25mm </p><p><

47、;b>　　主軸的直徑</b></p><p>　　主軸一共采用三個支撐，均采用C級滾動軸承，中間支撐為雙列向心球面球軸承。</p><p>　　兩個雙列內(nèi)錐孔圓柱滾子軸，外徑分別為105mm 和 150mm</p><p>　　兩個推力軸承，承受軸向力，外徑分別為80mm和85mm</p><p>　　雙列向心球面球軸承d=

48、90 D=180mm b=35mm</p><p>　　3 床頭箱靜態(tài)建模</p><p>　　3.1 各零件的靜態(tài)建模</p><p>　　本次設(shè)計可以采用的建模軟件有很多，如AutoCAD，UG，Pro\E等等，作者使用的是AutoCAD，然后用把CAD文件導(dǎo)入3DMAX，再導(dǎo)出為VRML格式。</p><p>　　3.1.1 輸入

49、軸的模型建立</p><p>　　3.1.2 中間軸的模型建立</p><p>　　3.1.3 車床主軸的模型建立</p><p>　　3.2 零件空間相對位置的確定</p><p><b>　　4 VRML語言</b></p><p>　　4.1 VRML簡介</p>&

50、lt;p>　　“虛擬現(xiàn)實造型語言”（virtual reality modeling language,縮寫為VRML）是一種描述交互式三維世界和對象的文件格式。也就是說，VRML允許你去描述三維對象并把它們組合到你所構(gòu)想的虛擬場景和世界中。你能用VRML來建立仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)中可以包括動畫、具有動力學(xué)特性的物體以及實時多擁護參與等等。你所建立的尋覓場景能通過服務(wù)器在萬維網(wǎng)（World Wide Web）上發(fā)布。這樣，全世界的萬維網(wǎng)

51、用戶，不論離你多么遙遠，都能在計算機屏幕上看到你的作品，并能交互式地在你設(shè)計的虛擬世界中瀏覽。VRML標準由VRML結(jié)構(gòu)組（VRML Architecture Group，縮寫VAG）制定，這是一個咨詢委員會，目前它正在不斷完善這一標準。</p><p>　　4.2 VRML的幾個典型應(yīng)用</p><p>　　VRML的應(yīng)用和我們現(xiàn)實的三維世界一樣多種多樣、五彩繽紛。下面是幾種典型的應(yīng)用

52、：</p><p>　　1.星期天，一個三口之家想到北京工人體育場去觀看足球勁旅國安隊怎樣挑戰(zhàn)來訪的某一歐洲隊。票價范圍在60-180元，問題是票價與觀看效果一定是成正比的嗎？利用VRML技術(shù)，你可以在售票處或家里的計算機上輸入坐位號，并看一看從這個位置看到的模擬比賽。這時，你就能決定你買到的票是否是物有所值了。</p><p>　　2.一個意大利教堂的壁畫遭到長期的破壞，但是有足夠的信息

53、保存下來，可以利用這些數(shù)據(jù)來重建這個教堂的原貌。用結(jié)構(gòu)造型造出整個建筑，用圖象掃描技術(shù)重建那些壁畫，這個教堂就被一個VRML文件完整描述下來。通過計算機學(xué)習歷史和藝術(shù)，能置身其中，在教堂的長廊里漫步，欣賞頂上的壁畫，觀察不同時刻透過窗欞射到畫上的光所產(chǎn)生的不同效果。另外，對壁畫進行介紹的導(dǎo)游聲音和每幅壁畫引出的超連接提供了更多的相關(guān)信息。 3.兩輛高速行駛的汽車撞到了一起，急剎車的車轍印橫過公路，被撞斷的樹枝躺在一邊，路邊的泥土

54、有被沖擊和車輪軋過的痕跡，面對以上現(xiàn)場，這起事故是怎么發(fā)生的？誰應(yīng)該負主要責任呢？路況、記錄下的車速、撞擊點等數(shù)據(jù)反饋到了交通部總部的交通事故仿真系統(tǒng)，看結(jié)果支持哪一方的證詞，分析人員能重建整個事故經(jīng)過并從屏幕上看到它。</p><p>　　4.一個珠寶設(shè)計者正為一位外地客戶工作，這位客戶希望能保證最終的成品和她開始時想象一致。設(shè)計者不是送設(shè)計的草圖去讓客戶過目，而是按自己的設(shè)計思想用VRML寫作工具做一個項鏈的

55、造型，通過萬維網(wǎng)傳給可戶。雖然這位客戶不能親手撫摸這件逼真的作品，但她能從各個角度仔細觀察它，檢查它的外型并決定寶石突出的程度。這樣，在真正投入對昂貴的寶石進行加工之前，各種可能的修改方案都可以提前做出。</p><p>　　VRML的應(yīng)用范圍很廣，從嚴肅的自然學(xué)科應(yīng)用（醫(yī)學(xué)成像、分子模型機械設(shè)計與制造等方面）、吸引人的娛樂業(yè)（游戲、各種廣告制作、虛擬主題公園等等）到現(xiàn)實的日常生活（選擇并在臥室擺放家具的模擬、周

56、末交游的計劃等等）。</p><p>　　VRML不像C、Java這樣的編程語言，也不像HTML（hypertext markup language）這樣的標記語言，它是一種造型語言，這表明你你可以用它來描述三維場景。它比HTML復(fù)雜得多，但比編程語言要簡單。</p><p>　　4.3 VRML文件的構(gòu)成</p><p>　　4.3.1 什么是節(jié)點</p

57、><p>　　節(jié)點是VRML文件的基本組成元素。一部分節(jié)點表示一些對象，如圓柱（cylinder）、圓錐（cone）、長方體（box）、聚光燈（spotlight）等等；另一部分節(jié)點可以把相關(guān)節(jié)點放在一起舉個例子，外形（shape）節(jié)點包含一個幾何節(jié)點包含一個幾何節(jié)點和一個外觀節(jié)點，而這兩種節(jié)點又能包含其它節(jié)點。除了產(chǎn)生視覺效果的節(jié)點外，VRML還定義了一些提供特殊功能的節(jié)點，如超鏈接（它能把定義在別的VRML文件中

58、的對象引用到自己的場景文件中）、碰撞檢測等。每個節(jié)點都有域（field），它存儲著本節(jié)點的各種值。 在VRML文件中，你能建立包含別的對象的對象。</p><p>　　4.3.2 文件頭</p><p>　　每個支持VRML2.0規(guī)范的文件都以下面一句頭：</p><p>　　#VRML V2.0 utf8 </p><p>　　這里utf

59、8指本文件采用ISO的UTF-8編碼標準。</p><p>　　4.3.3 幾個常用節(jié)點介紹</p><p>　　1．外形節(jié)點:接下來，你將把物體（圓柱）加入到文件中。在建立一個圓柱之前，你必須先建一個外形節(jié)點，它是幾何對象最基本的組節(jié)點。每個幾何節(jié)點都被包含在外形節(jié)點中，外形節(jié)點為描述物體的外觀留有專門的“插槽”，你可以往“插槽”上增加諸如顏色、材質(zhì)和紋理等的外觀節(jié)點。</p&g

60、t;<p>　　#VRML V2.0 utf8 </p><p><b>　　Shape{</b></p><p>　　appearance Appearance{</p><p>　　material Material{}</p><p><b>　　}</b></p>

61、<p>　　Geometry NULL</p><p><b>　　}</b></p><p>　　2.幾何節(jié)點：VRML提供了球體、圓柱體、長方體和圓錐體等簡單幾何節(jié)點，也為構(gòu)造復(fù)雜幾何造型提供了索引面集（IndexedFaceSet）節(jié)點。下面建立一個取缺省值的圓柱體的VRML文件描述：</p><p>　　#VRML V2.0

62、 utf8 </p><p><b>　　Shape{</b></p><p>　　appearance Appearance{</p><p>　　material Material{}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Geometry Cyli

63、nder{}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　注意：在文件格式中，被討論的對象將用黑體字表示。</p><p>　　每個節(jié)點都包含一組定義節(jié)點自身屬性的域。節(jié)點的域名以及它的取值類型都是規(guī)范中定義好了的，節(jié)點的各個域可以按任何順序排列。</p><p>　　當你建立一個節(jié)點時，它包含的所有域也

64、自動建立起來并被賦予缺省值。前面例子中由于沒有為圓柱的域指定任何值，所以取的是缺省值——半徑為1、高為2，并且所有的面都可見，缺省的位置是在計算機屏幕的中央，材質(zhì)也取的是缺省值。</p><p>　　注意：在上面的例子中，如果你不指定材質(zhì)節(jié)點，那么物體將是黑的，你看不見它，而上例中包含了一個空的材質(zhì)節(jié)點，物體的顏色就是材質(zhì)的缺省顏色（灰白）。</p><p>　　你也可以為節(jié)點指定新的域值

65、。例如，你想讓這個圓柱看起來像個大杯子的話，可以這樣給它賦值——半徑為3、高為6，并且頂面不顯示出來。</p><p>　　#VRML V2.0 utf8 </p><p><b>　　Shape{</b></p><p>　　appearance Appearance{</p><p>　　material Mater

66、ial{}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Geometry Cylinder{</p><p><b>　　radius 3</b></p><p><b>　　height 6</b></p><p><b>　

67、　side TRUE</b></p><p><b>　　top FALSE</b></p><p>　　bottom TRUE</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　用瀏覽器看到

68、個這個圓柱如圖所示。</p><p>　　注意：在VRML文件中，節(jié)點名以大寫字母開頭，域名用小寫字母開頭，節(jié)點的域用一對大括號括里起來。</p><p>　　3.外觀節(jié)點：除幾何造型外，物體還有一些表面屬性，例如顏色、表面光滑度、光澤等等。通常用來賦予物體表面屬性的節(jié)點有材質(zhì)節(jié)點和紋理節(jié)點，后者包括圖片紋理（ImageTexture）、影像紋理（MovieTexture）等。</p

69、><p>　　這里是一個材質(zhì)節(jié)點的例子，它指定一種紫色光澤材質(zhì)。</p><p>　　Material {</p><p>　　diffuseColor 0.5 0 0.5</p><p>　　shininess 0.5</p><p><b>　　}</b></p><p>

70、　　為簡單起見，例子中的一些域被省略掉了。</p><p>　　diffuseColor域包含三個值——顏色的紅、綠、藍分量。通常把它們稱為“RGB”，值（0，0，0，）是黑顏色（就是沒有任何色彩）；值（1，1，1）是白顏色；值（5，0，0.5）指定50%的紅顏色，沒有綠色，再加大50%的藍顏色，最后結(jié)果是紫色。</p><p>　　Shininess域取一個0.0-1.0的值。小的值才物

71、體表面產(chǎn)生柔和的散射效果，大的值產(chǎn)生集中的強對比的高光效果。材質(zhì)節(jié)點還可以讓你指定別的一些屬性，如物體的透明度、物體高光的反射量以及像太陽、燈泡這些物體的自發(fā)光強度。</p><p>　　現(xiàn)在，紫色圓柱完成了，下列例子中列出了這個簡單VRML文件的清單。</p><p>　　#VRML V2.0 utf8 </p><p><b>　　Shape{<

72、/b></p><p>　　appearance Appearance{</p><p>　　material Material{</p><p>　　diffuseColor 0.5 0 0.5</p><p>　　shininess 0.5</p><p><b>　　}</b><

73、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　Geometry Cylinder{</p><p><b>　　radius 3</b></p><p><b>　　height 6</b></p><p><b>　　side TRU

74、E</b></p><p><b>　　top FALSE</b></p><p>　　bottom TRUE</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　這個例子說明了怎樣在VRML文

75、件中使用節(jié)點，特別是材質(zhì)節(jié)點被用作了外觀節(jié)點材質(zhì)域的域值，同時，外觀節(jié)點又是外形節(jié)點外觀域的域值。</p><p>　　4．場景結(jié)構(gòu)圖：畫出場景圖通常是很有幫助的，特別是在開始設(shè)計場景中節(jié)點關(guān)系的時候。上圖是紫色圓柱場景的框圖，圖中圓圈表示組節(jié)點以外的節(jié)點（它們不包含別的節(jié)點作為節(jié)點，這要和節(jié)點作為域值區(qū)別開）。場景框圖模仿VRML文件的結(jié)構(gòu)，子節(jié)點都放在父節(jié)點的右側(cè)。同一父節(jié)點的子節(jié)點，如例子中的外觀節(jié)點（Ap

76、pearance）和圓柱節(jié)點（Cylinder），就以垂直順序向下排列。</p><p>　　5 利用VRML語言進行動態(tài)仿真</p><p>　　5.1 編程實現(xiàn)各軸的旋轉(zhuǎn)</p><p>　　本課題主要使用了如下幾個節(jié)點來實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的床頭箱各部件及整體的運動的仿真： WorldInfo、Shape、Appearance、Cylinder、Index

77、FaceSet、Group、Transform、TimeSensor、OrientationInterpolater、Anchor、Viewpoint。</p><p>　　實現(xiàn)運動的核心節(jié)點是TimeSensor和OrientationInterpolater</p><p>　　TimeSensor{</p><p>　　cycleInterval</p&

78、gt;<p><b>　　enabled</b></p><p><b>　　loop</b></p><p><b>　　stsrtTime</b></p><p><b>　　stopTime</b></p><p><b>　

79、　}</b></p><p>　　說明：cycleInterval：每個周期的長度，以秒為單位，取值大于0；Enabled：若為TRUE，當條件成立時產(chǎn)生時間相關(guān)事件；若為FALSE，在任何條件下都不會產(chǎn)生時間相關(guān)事件；Loop：表明時間傳感器是無限循環(huán)，還是在一個周期后被終止；stsrtTime：開始產(chǎn)生事件的時間；stopTime：終止產(chǎn)生事件的時間，其值若小于等于起始時間，則被忽略。隨著時間的推

80、移，TimeSensor節(jié)點產(chǎn)生事件。它能被用來生成動畫（通常與插值器一起），能在一個指定時間引發(fā)一個動作或者以固定時間間隔產(chǎn)生事件。</p><p>　　OrientationInterpolater {</p><p><b>　　key [ ]</b></p><p>　　keyValue [ ]</p><p>

81、<b>　　}</b></p><p>　　說明：key：指定一個浮點時刻的關(guān)鍵值列表，所給出的關(guān)鍵值列表必須是依次遞增列出的；keyValue：給出一個關(guān)鍵位置的空間旋轉(zhuǎn)坐標列表，其中的坐標點和前面的key域值中所給出的關(guān)鍵時刻列表中的關(guān)鍵時刻點相對應(yīng)，其中每一行有4個值，前3個值是設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸，第4個值表示旋轉(zhuǎn)坐標，可以為正也可以為負，用弧度值表示，正值表示正轉(zhuǎn)，負值表示反轉(zhuǎn)。</p

82、><p><b>　　實現(xiàn)運動的程序：</b></p><p>　　DEF Clock1 TimeSensor {</p><p>　　cycleInterval 1.0</p><p><b>　　loop TRUE</b></p><p><b>　　}</b

83、></p><p>　　DEF R1 OrientationInterpolator {</p><p><b>　　key[</b></p><p><b>　　0.00,</b></p><p><b>　　0.50,</b></p><p>

84、<b>　　1.00,</b></p><p><b>　　]</b></p><p><b>　　keyValue[</b></p><p>　　0 0 0 0 ,</p><p>　　1 0 0 0.785,</p><p>　　1 0 0 1.

85、57</p><p><b>　　]</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　]</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　使用Anchor節(jié)點添加鏈接按鈕，實現(xiàn)各文件間

86、的切換。</p><p>　　Anchor { </p><p>　　url"right1.wrl"</p><p>　　children [</p><p>　　Transform{</p><p>　　translation 8 -14 0</p><p>　　ro

87、tation 1 0 0 1.57</p><p>　　children [</p><p><b>　　Shape {</b></p><p>　　appearance Appearance {</p><p>　　material Material {</p><p>　　diffuseCol

88、or 1 1 1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　textureImageTexture {</p><p>　　url"11\disu.jpg"</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

89、　}</b></p><p>　　geometry Cylinder {</p><p><b>　　radius 2 </b></p><p><b>　　height 0</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&

90、lt;b>　　}</b></p><p><b>　　]</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　]</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.2

91、 床頭箱實現(xiàn)2級變速運動虛擬交互</p><p>　　` 最后的仿真界面如圖</p><p><b>　　程序流程圖如下：</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　VRML是

92、一種描述性語言.通過對物體節(jié)點的描述，建模者可以直接用VRML語言建立3D模型。對少具有動畫和裝配功能的復(fù)雜模型。必須考慮數(shù)據(jù)容量和重復(fù)性設(shè)置。對于一個復(fù)雜的場景?？梢苑謩e把每個制造單元放在不同的VRML文件里。通過文件的引用(在文件中加入Inline節(jié)點)來連接各個部分。建模者還需預(yù)先考慮到VRML世界的運動和執(zhí)行的動作，并在文件中作出相應(yīng)的日標物體歸類。歸類用于設(shè)定3維物體的之間的相互聯(lián)系。如果你生成一輛汽車.你必須確保將所有屬于汽

93、車的物體歸到一類。否則，有可能汽車的擋風玻璃己經(jīng)在向前飛馳。而汽車的其它的部件卻落在后而.建模者必須避免這種物體的發(fā)生。將一個物體的化身(用戶在賽博空間中代表)作出動畫效果則容易很多。如果你的歸類正確合適。就容易縮小生成動畫效果之尺寸。</p><p>　　VRML2. 0是單純的文木編輯語言，不提供可視化編寫環(huán)境，虛擬模型的建立完全依賴坐標的定位、旋轉(zhuǎn)和放縮，具有一定的難度。動態(tài)虛擬場景的建立以及最后建立的三維

94、監(jiān)控系統(tǒng)需要三維模型與仿真數(shù)據(jù)動態(tài)交互，VRML不提供數(shù)學(xué)運算，需要借助少其他語言實現(xiàn)，在VRML2. 0標準中沒有具體規(guī)定編程語言，用戶可以根據(jù)情況，靈活地選VrmIScrip;JavaScript或Java、多種語言的混合運用也是關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　VRML的出現(xiàn)推進了虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用。作為國內(nèi)、外虛擬現(xiàn)實技術(shù)新的研究點，因其具備文件長度小、節(jié)點功能豐富、適于網(wǎng)絡(luò)三維信急動態(tài)交互等優(yōu)點。通過與Jav

95、aS cript和Java相結(jié)合可實現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的交互。目前，VRML在城市仿真、商業(yè)宣傳廣告、文物保護、軍事訓(xùn)練和教育娛樂等諸多領(lǐng)域得到開發(fā)和使用。隨著VRML用于虛擬現(xiàn)實，相關(guān)技術(shù)也在進一步完善。VRML與各種技術(shù)的融合將會有力地拓展VRML的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 陳潔，曾順鵬，劉垂玖.基于Auto

96、CAD與3DSMAX的機械產(chǎn)品虛擬設(shè)計.農(nóng)機化研究.2006年，121—04</p><p>　　2 馬敏春.數(shù)控機床主結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)及結(jié)構(gòu)修改技術(shù)的研究.北京工業(yè)大學(xué).碩士學(xué)位論文.2000年，05-19</p><p>　　3 韓佳穎.基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬裝配系統(tǒng).大連海事大學(xué).碩士學(xué)位論文.2004年，04-12</p><p>　　4 徐哲.數(shù)控車削加工切削控

97、制仿真研究.大連鐵道學(xué)院.碩士學(xué)位論文.2003年，06-14</p><p>　　5 尹鵬.基于Java3D和VRML的網(wǎng)絡(luò)三維實現(xiàn).山東科技大學(xué)，工程碩士學(xué)位論文2005年9月，P208</p><p>　　6 李永立.VRML環(huán)境下基于語義的產(chǎn)品裝配設(shè)計技術(shù)研究，浙江大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2002年，10-14</p><p>　　7 祝恒云，嚴潮紅，梁春

98、，侯世俊，李靖誼.基于虛擬現(xiàn)實的自動加工過程試驗仿真系統(tǒng)的平臺設(shè)計.南京航空航天大學(xué).機械設(shè)計與制造.2004年，55-03</p><p>　　8 劉美菊，李志，韓鳳燕.基于VRML和3DSMAX的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)建.沈陽理工大學(xué)學(xué)報.2006年， 53-03</p><p>　　9 易擂.基于Web的交互式虛擬裝配平臺關(guān)鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn).南京航空航天大學(xué).碩士學(xué)位論文.2006年，

99、11-23</p><p>　　10 徐玉姝.數(shù)控機床床頭箱故障診斷的研究及應(yīng)用.大連理工大學(xué).碩士學(xué)位論文.2005年，07-11</p><p>　　11 Klaus-Peter Beier. Web-Based Virtual Reality in Design and Manufacturing Applications. University of Michigan Virt

100、ual Reality Laboratory</p><p>　　12 Beier, K.-P., "Virtual Reality in Design and Manufacturing," Proceedings Convergence '94, SAE (Society of Automotive Engineers), pp. 241-247, October 1994.&l

101、t;/p><p>　　13 Carson, G.S., Puk, R.F., Carey, R., "Developing the VRML 97 International Standard," IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 19, No. 2, pp. 52-58, March/April 1999.</p><

102、;p>　　14 Hartman, J., Wernecke, J., The VRML 2.0 Handbook - Building Moving Worlds on the Web, Addison-Wesley, 1996.</p><p>　　15 Nadeau, D.R., "Building Virtual Worlds with VRML," IEEE Compute

103、r Graphics and Applications, Vol. 19, No. 2, pp. 18-29, March/April 1999.</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　本設(shè)計課題是在導(dǎo)師xxx老師的細心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。他們淵博的知識、敏捷的思維、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、勤懇而務(wù)實的敬業(yè)精神、勇于開拓、不斷進取、精益求精的科

104、研精神、高尚的思想品德修養(yǎng)、真摯而平易近人的胸懷，不禁使作者深深地折服，而且在相處的日子里倍受啟迪和教育。在此，首先向xx老師和xx老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！真誠感謝xx等老師的教導(dǎo)和關(guān)懷，感謝他們在作者設(shè)計的過程中給予的熱心的幫助和指導(dǎo)。</p><p>　　感謝同室好友對我的幫助，感謝同班全體同學(xué)在工作、學(xué)習和生活中給予作者的熱情幫助和支持！</p><p>　　二十年的求