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基于OSG的虚拟设施布局系统的研究与设计

作　者: 杜骆铭
导　师: 周以齐
学　校: 山东大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 虚拟设施布局 OSG wxWidgets XML
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 83次
引　用: 0次
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内容摘要

设施布局问题(Facility Layout Problem, FLP)是企业生产与系统设计初始阶段需要着重考虑的主要问题之一,其伴随着人类的生产而出现,并随着人类生产规模的日益扩大而变得越来越复杂和重要。虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术的出现为解决这一日趋复杂的问题提供了一种新的技术思路。在设施布局的详细设计阶段,通过虚拟现实技术对设施布局问题进行逼真的三维可视化仿真,能够有效弥补传统布局方法过于抽象、不够准确等缺点,从而大幅度提高布局设计方案的可行性以达到节省投资成本和节约时间的目的。本文首先综述了设施布局问题的发展历程并分析了其解决方法的技术演变,阐述了虚拟现实技术及其应用,探讨了将虚拟现实技术应用于设施布局问题的可行性和前景。之后,本文着重于研究虚拟设施布局系统的设计与开发。本文以降低系统的开发和应用成本为出发点,本着自由分享的开源协作精神,决定在开源软件领域探寻实现虚拟设施布局系统的技术路线。本文以开源三维图形渲染引擎OSG(OpenSceneGraph)和开源GUI(Graphical User Interface,图形用户界面)开发库wxWidgets为技术基础进行虚拟设施布局系统的详细设计和开发,并以标准通用的XML(Extensible Markup Language,可扩展标记语言)技术来解决虚拟设施布局系统中的信息管理问题。本文在上述的技术基础之上,设计了虚拟设施布局系统的总体框架和详细开发方案,详细阐述了系统关键功能的实现原理和方法,并最终集成实现了一个基于OSG的虚拟设施布局原型系统。本文期望借此能够为企业在设施布局的详细设计和布置阶段提供一个三维虚拟环境来检验布局设计方案的可行性和潜在问题,以解决实体布局周期长、成本高、效率低等缺点。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-12
第1章绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 设施布局问题的发展历程及解决方法演变  13-15
    1.2.1 设施布局问题的发展历程  13-14
    1.2.2 设施布局问题的解决方法演变  14-15
  1.3 虚拟现实技术及其应用  15-17
  1.4 课题目标及主要研究内容  17-19
    1.4.1 课题目标及意义  17-18
    1.4.2 主要研究内容  18-19
  1.5 论文组织与安排  19
  1.6 本章小结  19-20
第2章虚拟设施布局系统的关键功能要素及实现技术基础  20-38
  2.1 虚拟设施布局系统的关键功能要素分析  20-21
  2.2 虚拟环境的构建技术  21-29
    2.2.1 开源三维图形渲染引擎OSG综述  21-22
    2.2.2 OSG核心体系结构  22-24
    2.2.3 OSG场景图结构及基本渲染方式  24-26
    2.2.4 OSG基本程序框架  26-29
  2.3 基于wxWidgets的GUI开发应用  29-34
    2.3.1 wxWidgets综述  29-30
    2.3.2 wxWidgets的体系结构  30-31
    2.3.3 wxWidgets界面设计方法  31-34
  2.4 wxWidgets结合OSG开发的实现方法  34-36
  2.5 本章小结  36-38
第3章基于OSG的虚拟设施布局系统的设计  38-58
  3.1 基于OSG的虚拟设施布局系统的研究分析  38-44
    3.1.1 虚拟环境下的设施布局流程  38-40
    3.1.2 虚拟设施布局系统的总体框架  40-42
    3.1.3 基于OSG的虚拟设施布局系统的详细设计方案  42-44
  3.2 基于XML的三维场景信息管理技术  44-49
    3.2.1 XML技术及其应用介绍  44-46
    3.2.2 XML文档的组成和结构  46-48
    3.2.3 XML在三维场景信息管理中的应用  48-49
  3.3 XML的解析方法  49-56
    3.3.1 XML解析方法概述  49-51
    3.3.2 开源XML解析库TinyXml  51-56
  3.4 本章小结  56-58
第4章基于OSG的虚拟设施布局系统实现  58-86
  4.1 模型预处理  58-59
  4.2 主程序框架的建立和虚拟环境的实现  59-62
  4.3 三维设施布局系统关键功能的实现原理和方法  62-80
    4.3.1 良好的人机交互方式  62-71
    4.3.2 碰撞检测  71-76
    4.3.3 动画仿真  76-80
  4.4 系统GUI的具体设计和实现  80-84
  4.5 本章小结  84-86
总结与展望  86-88
  全文总结  86
  工作展望  86-88
参考文献  88-92
致谢  92-93
学位论文评阅及答辩情况表  93

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