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第1章 引论1

1.1虚拟现实——人机和谐认识事物的必然1

1.2虚拟现实技术2

1.3虚拟现实与计算机仿真5

1.4基于VR的物料搬运机械远程操作6

1.4.1工程问题的提出6

1.4.2人机协作是解决问题更有效的方式7

1.5基于VR的物料搬运机械远程操作理论8

1.6 VR技术与物料搬运系统仿真11

1.7相关背景及研究现状11

1.8“基于VR的物料搬运机械远程操作理论及仿真”研究思路12

参考文献13

第2章 体系结构与方法学理论研究17

2.1仿真系统结构分析17

2.1.1基于VR的远程操作与遥控作业的比较17

2.1.2虚拟仿真环境的框架结构18

2.1.3系统建模及抽象19

2.2系统设计方法研究20

2.2.1虚拟现实系统设计的基本方法学20

2.2.2对象的基本表达21

2.2.3物料搬运仿真系统中的对象结构22

2.3面向智能体技术的VR系统设计方法研究24

2.3.1面向对象技术的改进24

2.3.2 Agent的概念24

2.3.3 VR系统中Agent的结构定义25

2.3.4基于多Agent的物料搬运VR系统描述26

2.4面向多Agent的虚拟控制台27

2.4.1控制策略27

2.4.2基于虚拟操作台的控制框架27

2.4.3面向Agent的虚拟控制台控制实现28

参考文献30

第3章 物料搬运机械建模理论研究32

3.1物料搬运机械机器人化模型的建立32

3.2物料搬运机械多体系统运动学仿真33

3.2.1基于Denavit-Hartenberg的挖掘机运动学建模33

3.2.2叉车类型的物料搬运机械运动学建模40

3.3物料搬运试验小车三维模型获得及空间关系的提取46

参考文献50

第4章 人机接口理论研究52

4.1从人的角度考虑人机接口52

4.2多维信息空间的融合研究53

4.2.1虚拟空间的坐标变换53

4.2.2手空间与虚拟空间的数据融合55

4.2.3立体视觉与虚拟空间的数据融合关系55

4.3基于阀值眼镜的2种立体视觉形成及实现59

4.4手部的建模和虚拟手结构的合成62

4.4.1数据手套的工作过程62

4.4.2手的建模62

4.4.3虚拟手的合成64

4.4.4基于BP神经网络的手势识别64

4.4.5虚拟手作用在虚拟操作台上的碰撞检测算法研究68

4.4.6基于有限元模型的手指的力反馈模式研究72

参考文献77

第5章 虚拟环境建模技术研究83

5.1 OpenGL建模技术83

5.1.1 OpenGL在Windows下的工作原理84

5.1.2 OpenGL用于三维场景表达86

5.1.3仿真环境的三维场景数据的获取87

5.2 VRML建模技术91

5.2.1 VRML概述91

5.2.2 VRML的建模机制92

5.2.3 VRML用于三维场景表达94

5.3 WorldToolKit建模技术96

5.3.1 WTK概述96

5.3.2 WTK的类结构96

5.3.3 WTK虚拟环境的合成方式97

5.3.4 WTK的程序结构及运行流程98

5.3.5仿真管理器的工作原理99

5.3.6 WTK场景图的组织方式99

5.3.7 WTK场景图的绘制方式100

5.4虚拟环境中的碰撞检测算法研究101

5.4.1三维空间的碰撞检测技术102

5.4.2碰撞检测算法研究103

参考文献108

第6章 基于虚拟现实的物料搬运机械远程操作仿真方案110

6.1基于虚拟现实的物料搬运机械远程操作仿真系统研究方案110

6.2虚拟环境的生成技术111

6.2.1 VC开发环境及软硬件接口112

6.2.2基于WTK的虚拟环境建模116

6.2.3场景的构建和装配119

6.3小车的运动建模及远程控制实现120

6.3.1小车的几何建模121

6.3.2小车的运动建模123

6.4人机交互的设计与实现125

6.4.1硬件介绍125

6.4.2利用数据手套实现对小车的控制128

6.4.3空间球实现视点的变换132

6.5碰撞检测的实现133

6.5.1基于WTK的碰撞检测层次树133

6.5.2碰撞检测的程序实现133

6.6小车远程控制实现136

6.6.1受控MHROM的线路连接136

6.6.2动作规划与程序实现136

6.6.3远程控制的各种操作138

6.7现场仿真实验141

参考文献145