虛擬注塑成型系統(tǒng)開發(fā)關鍵技術研究.pdf

1、本文概述了經濟活動全球化對制造業(yè)的影響以及產品虛擬開發(fā)的主要支撐技術，系統(tǒng)總結注塑產品虛擬設計和虛擬制造需要解決的關鍵問題和研究現狀。根據在產品全生命周期設計不同階段對產品信息需求深度的不同，本文創(chuàng)新性地提出基于虛擬現實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，為詳細的算法研究奠定了基礎。 本文在詳細分析注塑成型工藝、虛擬現實、虛擬樣機的發(fā)展現狀及其發(fā)展趨勢的基礎上，通過集成基于虛擬現實的CAD幾何建模技術、基

2、于虛擬現實的虛擬模型物理建模和行為屬性建模技術、基于虛擬現實的碰撞檢測技術，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體數據表示模型，描述了各個層次之間的映射關系，解決了在虛擬注塑成型系統(tǒng)中實體建模的模型表示。提出了整合集成和直接在線集成三維建模兩種方法，實現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三角網格模型和四面體網格模型的拓撲信息，簡化了三角網格模型和四面體網格模型。STL格式文件的拓撲重建是通過依次讀取二角形，查找并去除重復的頂點，建立一個包含所有不重復頂點的頂點表和包含所有三角形的單元表，建立相互間的拓撲信息，通過有效的算法完成對邊的查詢。對于四面體網格模型，則采用鄰接圖來表達四面體網格鄰接關系。利用深度優(yōu)先遍歷鄰接圖，產生四面體生成樹串，通過共享的面索引和額外的頂點索引，就可以定義出下

4、一個鄰接單元。通過對網格模型的簡化和拓撲關系的重建，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。 本文根據虛擬注塑成型的環(huán)境特點，提出了虛擬注塑成型層次信息模型，精確表達了虛擬對象(虛擬注塑部件、虛擬注塑設備)、虛擬注塑單元(生產線)、虛擬注塑車間環(huán)境之間的拓撲關系，模型包含的信息完整，滿足構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，推導出了建立物理量的基本公式。從運動學、動力學角

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系，對核心對象賦予其基本物理量，在計算機圖形學現有成果的基礎上，表現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和它們之間的關系。給出了各個虛擬對象Agent的表示模型，以面向對象Petri網的狀態(tài)變遷機制作為Agent的行為推理模式，以實體的幾何狀態(tài)、物理狀態(tài)及運動狀態(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，在計算機上精確表達了注塑成型過程中各個零部件協(xié)同動作，實現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)間內的潛在碰撞集，并結合三角面片之間的碰撞檢測和回退技術，計算出碰撞位置和初始碰撞時間。提出了改進的碰撞檢測算法，在每個虛擬對象的數據結構里添加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上，提出了采用Tailor級數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