机械加工桌面型虚拟现实系统的研究

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随着计算机性能的提高,机械加工桌面型虚拟现实系统(简称MPPCVR)以其低成本高效率的优势受到了许多虚拟现实研究单位和个人的青睐。将虚拟现实技术运用于机械加工工艺中,可以演示加工过程、讨论加工工艺方案、提高产品质量。同时在教学中把现代教育技术和虚拟现实技术相结合,建立虚拟机床、虚拟加工等仿真环境,利于提高教学质量。Quest3D引擎是一款功能强大的交互式虚拟现实开发平台,面向于美工设计人员以及高级程序设计师,相比同类的平台具有更好的渲染效果和更高的性价比。虚拟加工工艺系统是指在虚拟数字化制造的过程中,在无真实制造系统参与的情况下,能够对产品进行加工演示的交互仿真系统。本文以Quest3D引擎为开发平台,结合三维建模技术、模型优化处理技术及碰撞检测技术等,再根据通用机床加工工艺特点,构建了一系列通用机床(包括车床系列,钻床系列,镗床系列,磨床系列,齿轮加工机床,铣床系列,拉床系列,以及其他机床)的机械加工桌面型虚拟现实系统,系统包括的功能模块有:机床交互操作模块、机床运动仿真模块和机械加工工艺模块。系统开发过程中使用三维实体建模技术建立机床、刀具及零件三维实体模型,然后将实体模变为表面模型,并对模型进行优化处理后导入到Quest3D引擎中,在Quest3D引擎中完成了机床虚拟交互操作仿真,机床虚拟交互运动仿真,机械加工虚拟交互仿真等,最后将总程序导出.EXE可执行文件。最终,本文实现了在普通PC平台完成整个机械加工桌面型虚拟现实系统的开发工作,也为进一步完善和开发其他系列机床的虚拟加工工艺系统打下了良好的基础。系统主要特点有:1.将包围盒碰撞检测技术与模型比例变换相结合实现了机械加工过程中模型实时变形仿真;2.系统利用有限状态机搭建了一个开放的主界面,通过主界面开放的接口,可以向系统中添加各型号通用机床的机械加工工艺程序,为今后进一步的研究和完善打下了基础;3.系统最终生成.exe可执行文件,可在目前常用的操作系统上运行,且对硬件要求低。
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