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基于Web与VR的异地实时协同工作系统与虚拟环境的研究

王培俊  
【摘要】:网络化设计包括网络环境下的协同设计、并行设计、虚拟设计、定制设计、综合设计和集成设计等。在经济全球化的趋势下,可靠、有效的异地协同设计变得非常重要,产品异地协同设计是现代制造业发展的必然要求。随着对异地协同工作系统研究的深入,在网络环境下开发虚拟现实(Virtual Reality—VR)工具,实现虚拟设计,是网络化设计的重要内容。从我国的实际情况看,开发低成本的VR应用系统应占主导地位,它可带来直接的经济和社会效益。根据我国国情,在低成本的基础上开展并推广网络化设计,如异地协同设计、虚拟设计和定制设计等,使协同工作系统适应广大中小企业的承受能力,对于提高我国企业整体的现代化水平具有十分重要的意义。非沉浸式VR更着重于动态实时交互性的实现,成本较低,系统体积较小,易于在Internet上得到推广应用。本文在基于Web与非沉浸式VR的异地实时协同工作系统与虚拟环境方面进行了较深入的研究与探索。全文的主要内容如下: 1.对异地协同工作系统、VR系统的主要研究内容、关键技术、研究现状等问题进行了综合性论述,分析了VR技术与协同工作系统相结合的前景,提出了在低成本的基础上研究并推广基于VR的异地协同工作系统的研究方向; 2.对基于Web与VR的异地实时协同设计系统进行了较深入的研究。为克服现有异地协同设计系统存在的弊端,利用VRML(Virtual Reality Modeling Language)、Java、EAI等开放的标准和技术,开发了两个基于Web和非沉浸式VR的实时交互式异地协同设计系统VMPDS(虚拟手机设计系统)和VFDS(虚拟前拖钩设计系统)。对这两个系统的结构组成、三维图形用户界面的设计、三维模型数据的转换与优化、网络通讯与数据管理、动态输入/输出操作的实现等做了详细的探讨; 3.研究了基于Web、用于概念设计的VR-CAD的系统集成问题,详细分析了概念模型产生的方法和计算机辅助概念设计中存在的问题,对VR系统与CAD系统各自的特点进行了细致的研究比较,探讨了在Web环境下将VR系统与CAD系统结合起来的可行性。开发了基于Web、用于产品概念设计的VR-CAD系统WVMD。WVMD由三个模块组成:基于VRML的建模器VMC、基于CAD的建模器CMC、基于VRML的横截面建模器VCC以及 西南交通大学博士研究生学位论文第日页 相关的设计分析子系统PDAI。该系统提供了参数化的与手工画的两种方法, 可直接通过Intemet在虚拟现实环境中创建、编辑三维概念模型,无需在虚 拟环境和CAD软件之间来回切换,支持模型的动态设计与修改; 对非沉浸式虚拟环境的人机界面设计及交互技术进行了较深入的研究。着重 分析了人机界面、交互方式、交互手段、虚拟场景的浏览方式以及多媒体在 虚拟环境中的应用等问题。考虑到人机交互行为的多样性与代表性,开发了 虚拟售票机(VTM)系统对上述研究分析进行了实际论证; 研究了基于W七b和VR的异地协同定制系统。在分析现有定制系统与技术存 在的问题的基础上,考虑到日用消费类产品在客户化定制方面存在的潜在应 用前景,以家具产品为例开发了基于VR和面向用户的异地协同定制系统, 消除由单纯的文字描述所构成的定制需求可能产生的误解。


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