面向飞行器设计的虚拟集成平台（IVPAD）关键技术的研究与实现

论文摘要

随着计算机技术和虚拟现实技术的不断发展,把虚拟现实技术引入到产品的设计过程中,不仅可缩短产品开发周期、降低生产成本,而且增强了产品的可靠性。在航空领域,虚拟设计技术在飞行器的数字样机的设计中发挥越来越重要的作用,研究支撑飞行器设计的虚拟集成平台具有重要的意义和实用价值。论文在对碰撞检测、运动导航、虚拟手套集成等技术进行研究的基础上,结合虚拟设计的应用和飞行器设计的实际需求,设计了一个面向飞行器设计的虚拟集成平台的框架结构,不仅可满足飞行器设计建模需求,而且可为上层的虚拟装配、虚拟维修、虚拟设计提供通用的功能服务;研究了虚拟环境中的手势识别技术,在对D-S证据理论进行研究的基础上,结合模糊聚类FCM思想,设计了一种手势识别的算法,并通过实验验证了算法的有效性和性能;对虚拟环境中的虚拟手抓取条件和穿透限制进行了较深入的研究,提出了基于面片的虚拟手穿透判断以及处理的算法,实现了虚拟手在CATIA虚拟环境中的抓取、平移、旋转以及释放等操作;基于CATIA环境,采用CAA和虚拟手套SDK二次开发技术,初步实现了一个面向飞行器设计的虚拟集成平台原型系统。面向飞行器设计的虚拟集成平台,采用把数据手套和虚拟头盔等设备集成到CATIA中的策略,能有效的解决目前虚拟设计系统中的数据交换、实时交互性等问题,具有良好的交互性和方便性等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文课题背景
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.4 论文研究工作
• 1.5 论文结构
• 第二章 IVPAD 的关键技术
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.1.1 虚拟现实系统的分类
• 2.1.2 虚拟现实系统的组成
• 2.2 虚拟设计技术
• 2.2.1 虚拟设计
• 2.2.2 虚拟设计系统和CAD 系统
• 2.3 虚拟设计环境实现的关键技术
• 第三章 IVPAD 的设计与实现
• 3.1 IVPAD 的总体设计
• 3.1.1 面向飞行器设计的高性能计算环境的总体架构
• 3.1.2 IVPAD 的总体设计
• 3.2 IVPAD 的主要模块的设计
• 3.2.1 虚拟环境生成模块的设计
• 3.2.2 虚拟环境管理模块的设计
• 3.2.3 虚拟环境交互模块的设计
• 3.3 IVPAD 实现的软硬件开发环境
• 3.3.1 软件环境
• 3.3.2 硬件环境
• 3.4 IVPAD 的主要模块的实现
• 3.4.1 虚拟环境生成模块的实现
• 3.4.2 虚拟环境管理模块的实现
• 3.4.3 虚拟环境交互模块的实现
• 3.5 IVPAD 的功能分析
• 第四章 IVPAD 中手势识别技术的研究
• 4.1 虚拟手操作
• 4.2 手势识别技术及算法
• 4.2.1 手势识别概念及分类
• 4.2.2 手势识别的概念模型
• 4.2.3 基于数据手套的手势识别
• 4.2.4 手势识别算法
• 4.3 一种基于D-S 证据理论的手势识别算法
• 4.3.1 虚拟手模型及特征值分析
• 4.3.2 D-S 证据理论
• 4.3.3 一种基于D-S 证据理论的手势识别算法
• 4.4 基于D-S 证据理论的手势识别算法的实现
• 4.5 手势识别算法的性能分析
• 第五章 IVPAD 中虚拟手的精确操作技术的研究与实现
• 5.1 虚拟手的精确操作
• 5.1.1 实现虚拟手精确操作的关键问题
• 5.1.2 虚拟手操作状态的划分
• 5.2 虚拟手抓取操作
• 5.2.1 人手的基本抓取姿态
• 5.2.2 虚拟手抓取条件
• 5.3 虚拟手穿透限制的研究
• 5.4 虚拟手精确操作的实现
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文