虚拟现实环境中有限元前后处理功能的实现

论文摘要

虚拟现实（Virtual Reality）技术是当今最前沿的高级计算机技术之一。它综合了计算机图形学、多媒体、传感、人机交互、网络以及仿真等多种技术。它也是力学、数学、光学等多种学科的交叉。它的发展潜力巨大，应用广泛，被认为是21世纪重要发展学科和影响人们生活的重要技术之一。将虚拟技术引入CAD／CAE系统，可以使系统将工程数据可视化的能力得到大幅度的提高，有助于设计人员更准确地理解数据，更快速、容易地找出工程设计中存在的问题，从而缩短产品设计开发的周期。本文将虚拟现实技术引入有限元前后处理系统——开发“基于虚拟现实的有限元前后处理系统”（FEMVR）。这就寻找到了一条改进有限元前后处理系统的有效途径。这也是将虚拟现实技术应用于CAD／CAE系统的一次有益尝试。本文首先对虚拟现实技术进行了概括性的介绍，阐述了虚拟现实技术的基本概念、特征、发展、应用领域以及国内外的研究现状。随后对使用的软件库以及建立虚拟现实环境所必须的几项关键技术加以介绍。然后本文详细地说明了开发本系统时一些分析和设计的想法、最终选定的设计方案中的几个主要模块的功能和相关的实现代码，尤其是涉及碰撞检测的爆炸模拟仿真模块。接着选用C++编程语言、Qt和OpenGL Performer软件库编写相应的程序对设计方案进行测试。最后对已完成的工作加以总结以及展望未来的系统开发工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 虚拟现实技术
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 发展简史
• 1.1.3 主要特征
• 1.1.4 虚拟现实系统的构成
• 1.1.5 虚拟现实系统的关键技术
• 1.1.6 主要应用领域
• 1.1.7 展望虚拟现实系统
• 1.2 CAD/CAE系统
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 CAD/CAE的定义
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 开发平台
• 2.1 Qt
• 2.2 OpenGL Performer
• 3 系统框架设计
• 3.1 系统的整体结构
• 3.2 工程管理器（Project Manager）
• 3.3 数据转换器（Data Converter）
• 3.4 数据管理器（Data Manager）
• 4 虚拟现实模块
• 4.1 虚拟现实环境窗体设计
• 4.1.1 Qt窗体对象
• 4.1.2 信号/槽机制（signals/slots）
• 4.1.3 Qt的 OpenGL模块
• 4.1.4 OpenGL Performer运行机理
• 4.1.5 设计方案及实现
• 4.2 数据类的设计
• 4.2.1 有限元类的设计
• 4.2.2 数据块类的设计
• 4.2.3 图形数据的设计
• 4.3 应力应变的可视化
• 4.3.1 第一种设计方案—直接上色
• 4.3.2 第二种设计方案—纹理法
• 4.3.3 方案比较
• 5 爆炸仿真模块
• 5.1 碰撞检测技术概述
• 5.2 碰撞检测优化算法
• 5.2.1 空间分割法
• 5.2.2 包围盒层次法
• 5.3 设计思想和实现
• 5.4 测试结果
• 6 程序测试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢