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基于XNA的虚拟装配技术研究

作　者: 缪儒欢
导　师: 邢英杰
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业工程
关键词: 虚拟装配计算机动画分镜头剧本 XNA XML
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 133次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在虚拟装配技术研究不断完善、虚拟装配系统日臻成熟和计算机图形渲染登峰造极的今日,如何将传统虚拟装配技术和新型3D图形学技术进行更紧密的求交与碰撞是一项有待持续跟进与研究的系统工程,该论文在这一背景下提出将微软公司次世代虚拟现实环境XNA应用到面向装配的设计领域,开创了基于和面向XNA应用的各项虚拟装配技术的研究先河,丰富了虚拟装配理论与技术,促进各学科交叉并进,推动了虚拟装配系统更为贴合工程实际,并在实践推广应用上具有重要的科学与经济意义和价值。该论文首先建立CAD系统产品装配信息层次模型及信息提取与转化的流程；设定了面片模型转化标准并给出Pro/Engineer模型转化为X三角面片模型的方法,同时通过研究基于Pro/Toolkit的装配信息提取算法和库函数操作流程,实现Pro/Engineer系统二次开发提取装配信息,其模型以XML格式表达并映射到XNA虚拟环境中,充分重视其初始装配序列和路径,作为整个系统装配信息重构和分镜头剧本建模的前提条件。其次,针对目前虚拟装配动画缺乏标准、快捷的制作方法和流程问题,引入分镜头剧本概念,提出一种将分镜头剧本与装配层次信息相结合的建模方式,该方法可以实现虚拟装配环境快速构建和动画效果生动展示。先是结合装配需求制作影音素材,由分镜头剧本内容、镜头、布景和声音四子模块分别整合入装配剧本模型,输出优化了的装配序列、路径和时间表,接着应用Visual C#开发了一个装配动画剧本建模系统,输出XML格式表达的装配剧本模型,然后通过构建基于XNA的装配分镜头剧本解析算法,实现关键帧自动装配动画。至此,该项技术提供了一条实现自动装配的新路径。再次,研究了XNA三维模型文件——X文件的数据结构和阶层框架,构建了基于X文件和OBB树的精确层次碰撞检测算法。建立了以导向投影节点为单元的包围盒二叉树中序遍历的方法,生成导向检测表,并在精确判断过程中以坐标系变换的方式,将面片模型的空间求交简化为平面问题；接着实现了外设与模型间对碰撞响应的人机交互式拆装技术；同时介绍了基于X阶层框架的骨骼动画技术原理,结合XNA骨骼动画类应用于机构运动仿真中；X文件的研究,探索出一个实现交互拆装和运动仿真的新方法。最后,为了验证该文中基于与/或面向XNA的技术的有效性和实用性,研究、设计并采用C#语言开发了一个基于XNA的虚拟装配系统,该系统由虚拟展示、自动装配、交互示教和运动仿真等模块组成,通过具体的装配和仿真实例证明,包含前文所述的技术与方法的此四个模块可以快速实现虚拟装配仿真动画解决方案。

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