交互式虚拟装配体验平台开发与研究

本书主要论述交互虚拟装配系统与虚拟体验平台的研制与开发过程。深入研究虚拟现实和虚拟现实建模语言的概念、特点及其应用，以及基于图形渲染建模的有关理论，虚拟现实建模语言的结构、动画交互原理，实现虚拟的“能装即装，能拆即拆”交互虚拟装配设计与开发方法。深入研究虚拟体验仿真运动的六自由度运动方程、二分法精准碰撞理论，实现Unity3D精准碰撞。通过C#撑开发的底层脚本封装设计成Excel表格等可编辑文本脚本开发接口，利用Excel表格驱动完成虚拟功能开发，实现虚拟体验平台整体功能开发，主要包括虚拟场景、平台登录界面与平台重置、新手引导、漫游体验、虚拟驾驶等功能，完成平台PC版和VR版发布。利用RPC技术实现客户端与服务端的互联通信，实现云课堂与虚拟体验平台的数据传输。本书可为工程师、教师、学生等开发虚拟装配交互系统、虚拟体验平台提供借鉴，也可为学校、培训机构等开发网上及云平台教学系统提供借鉴。

前言
第1章绪论1
1.1研究的背景与意义1
1.1.1研究的背景及应用1
1.1.2研究意义6
1.2虚拟仿真技术研究概述9
1.3交互虚拟装配与虚拟仿真平台的概述15
1.4本书研究内容16
第2章虚拟装配与体验开发平台的实现19
2.1虚拟现实19
2.1.1虚拟现实的特征19
2.1.2虚拟现实系统的组成20
2.1.3虚拟现实技术在工程中的研究与应用22
2.2虚拟现实建模语言24
2.2.1VRML概念及其基本特性25
2.2.2VRML的发展历程26
2.2.3VRML的场景图和事件体系27
2.2.4VRML与教育29
2.3虚拟装配系统的设计30
2.4系统的开发工具选择33
2.5虚拟装配系统的实现方法34
2.6虚拟体验平台的开发工具36
2.6.1建模平台的选择36
2.6.2开发平台的选择37
2.6.3Unity3D开发引擎简介39
2.7本章小结40
第3章3D虚拟模型创建41
3.1相关的计算机图形学理论研究41
3.1.1几何造型41
3.1.23D几何变换44
3.1.3明暗效应47
3.1.4颜色理论49
3.2虚拟模型的建立53
3.2.1建模方法53
3.2.2建立模型的步骤55
3.2.3建立零件模型56
3.2.4场景设置63
3.3本章小结66
第4章虚拟体验平台开发关键技术68
4.1开放式可编辑文本技术的设计与实现68
4.1.1B1ueprint的基本思想69
4.1.2通过B1ueprint框架实现可编辑文本技术70
4.1.3可编辑文本技术的优势74
4.2运动数学模型的构建76
4.2.1坐标系的建立77
4.2.2六自由运动方程78
4.2.3游艇水上六自由度运动仿真建模79
4.3精准碰撞检测算法的实现83
4.3.1碰撞检测技术84
4.3.2U3D碰撞检测的精度和时效问题84
4.3.3二分法准确碰撞检测算法实现85
4.3.4准确碰撞检测算法实现效果89
4.4客户端与服务端互联通信的实现91
4.4.1互联通信的目标91
4.4.2客户端与服务端通信模块的实现91
4.4.3信息安全校验设计与实现93
4.5本章小结94
第5章基于VRML的虚拟装配交互设计95
5.1VRML3D交互原理95
5.1.1执行模式95
5.1.2执行模式的实施96
5.1.3执行模式的工作原理97
5.2系统动画交互的设计实现100
5.2.1静态行为和动态行为100
5.2.2视点切换101
5.2.3传感器节点(Sensor)的交互性102
5.2.4内插值器节点(Interpo1ator)与关键帧动画103
5.2.5Script节点与转换节点104
5.3球阀装配系统动画交互的实现106
5.3.1虚拟装配的安装顺序106
5.3.2球阀装配体的选择107
5.3.3球阀的虚拟安装与拆卸的顺序设计108
5.3.4球阀虚拟装配的程序设计110
5.4本章小结114
第6章游艇虚拟仿真体验平台开发116
6.1虚拟体验平台开发的总体方案116
6.1.1需求分析116
6.1.2.功能设计118
6.2游艇虚拟体验平台开发流程119
6.3游艇虚拟体验平台的整体框架121
6.4游艇体验平台基础场景构建122
6.4.1游艇的建模与渲染122
6.4.2码头与荷花的场景建模与渲染128
6.4.3天空与海洋环境的建立132
6.4.4天气与特效的创建134
6.5基于虚拟仿真模块化的功能脚本的设计与实现139
6.6游艇体验平台的人机交互设计与实现141
6.7游艇平台界面与平台重置创建143
6.8游艇的漫游体验开发146
6.9游艇相关功能介绍的构建153
6.10游艇驾驶体验开发156
6.10.1游艇驾驶操作虚拟设备开发156
6.10.2游艇驾驶虚拟仪表开发158
6.10.3游艇驾驶运动模拟开发160
6.11游艇虚拟体验平台的发布164
6.12本章小结166
第7章平台的教学应用与用户行为数据获取分析167
7.1网页设计与制作167
7.2虚拟体验平台教学系统设计的总体方案172
7.2.1传统的教学模式及其不足172
7.2.2“理虚实”教学方式设计173
7.2.3两种教学模式对比174
7.3“理虚实”虚拟体验平台的应用开发175
7.3.1基于“理虚实”体验平台的课堂实施方案176
7.3.2虚拟仿真教学应用与成果176
7.4基于虚拟平台的用户体验行为分析178
7.4.1虚拟平台与用户体验178
7.4.2用户体验行为数据获取的实现179
7.4.3用户体验行为数据分析利用181
7.5本章小结182
第8章总结与展望183
参考文献185