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动车组检修/维修虚拟装配系统LOD技术研究

作　者: 孙豪阳
导　师: 马思群；郭永伟
学　校: 大连交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 虚拟装配动车组转向架 LOD 包围盒
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国引入高速动车组之后,使得动车组领域的相关行业都面临着巨大的挑战和机遇,动车组的装配和维修也不例外。转向架是高速动车组运行安全的关键组成部件之一,结构与装配关系复杂,利用真实设备进行培训在时间、场地和安全性上都带来了很大限制,比如训练成本高和样机易损坏等问题。为了克服上述弊端,必须大力发展虚拟装配技术。论文首先介绍了课题研究的背景,虚拟现实、虚拟维修及虚拟装配之间的关系。虚拟维修是虚拟现实技术在维修领域中的应用或实现;虚拟装配则是作为虚拟维修在实践过程中的一个重要应用。无论是虚拟装配与虚拟维修,在这种大型仿真环境中首要面临的问题就是模型载入的问题,通常会由于仿真环境比较复杂造成模型载入迟缓乃至系统崩溃的情况。本文的主要工作就是解决这个问题。其次,通过OSG平台库的研究,分析了模型的场景图结构、场景图结构节点的组成并进行了归类,同时研究了场景图的渲染方式和遍历方式,对模型内部结构的做了深入的研究,继而研究LOD基本框架,理解了LOD基本框架的分类,模型切换时的选择因子,并且对现阶段常用的低层次的模型简化算法进行介绍和比较。进而在吸取了离散型LOD和连续性LOD理论框架的优点之后,针对动车组转向架模型各个部件分布呈现比较明显的离散性特点,提出一种基于AABB盒的快速模型简化算法,分析了算法的优点和局限性,在此基础上针对视点对场景模型做了进一步的优化。本文主要针对转向架模型的特点在高层次的模型简化方面对LOD的模型简化技术做了研究,并运用混合算法对模型进行简化,是LOD技术在复杂工业产品领域的新应用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题的科学意义和社会应用前景  10-11
  1.2 虚拟现实  11-12
  1.3 虚拟维修  12
  1.4 虚拟装配概述  12-15
    1.4.1 虚拟装配的定义  13
    1.4.2 虚拟装配的分类  13-14
    1.4.3 虚拟装配关键技术  14-15
  1.5 LOD 技术研究现状  15-16
  1.6 本文的研究内容与章节安排  16-17
第二章三维开源引擎OSG 的使用和渲染理论介绍  17-24
  2.1 三维开源引擎OSG 简介  17-18
  2.2 三维开源引擎OSG 的优势  18-19
  2.3 OSG 内存管理及注意事项  19
  2.4 OSG 场景图结构  19-23
    2.4.1 场景图结构基本内容  19-21
    2.4.2 OSG 场景图基本组织和渲染  21-22
    2.4.3 OSG 场景图结构的遍历方式  22-23
  本章小结  23-24
第三章 LOD 理论概述  24-34
  3.1 LOD 发展历史  25
  3.2 LOD 的几种基本框架  25-27
    3.2.1 离散型LOD  25
    3.2.2 连续型LOD  25-26
    3.2.3 视点相关的LOD  26-27
  3.3 LOD 选择因子  27-29
    3.3.1 距离因子  27-28
    3.3.2 大小因子  28
    3.3.3 优先级因子  28-29
    3.3.4 滞后因子  29
    3.3.5 其他因子  29
  3.4 常用的低层次的LOD 模型简化算法  29-32
    3.4.1 顶点删除法  29-30
    3.4.2 三角形收缩法  30
    3.4.3 单元格塌陷法  30
    3.4.4 顶点聚类算法  30-31
    3.4.5 多边形合并法  31
    3.4.6 边折叠算法  31
    3.4.7 常用算法比较  31-32
  3.5 OSG 对LOD 技术的支持  32-33
    3.5.1 细节层次节点（osg::LOD）  32
    3.5.2 分页细节层次节点（osg::PagedLOD）  32-33
  本章小结  33-34
第四章基于AABB 盒的简化算法  34-41
  4.1 算法提出的背景  34-35
  4.2 包围盒原理介绍  35-37
    4.2.1 包围球  35-36
    4.2.2 方向包围盒OBB  36
    4.2.3 固定方向凸包(FDH 或k-DOPs)  36-37
    4.2.4 轴向包围盒AABB  37
  4.3 几种包围盒技术的比较  37-38
  4.4 基于AABB 盒的模型简化约束方法  38-39
  4.5 整个简化算法流程  39-40
  4.6 算法的优点  40
  本章小结  40-41
第五章简化后的模型进一步优化  41-47
  5.1 基于AABB 盒的简化算法的局限性  41
  5.2 边折叠介绍  41-44
    5.2.1 边折叠的分类与选择  41
    5.2.2 有效边  41-42
    5.2.3 边折叠代价的计算  42-43
    5.2.4 新点的产生  43-44
  5.3 边折叠简化算法的基本流程  44-45
  5.4 基于视点的边折叠的算法优化过程  45-46
  本章小结  46-47
总结与展望  47-48
参考文献  48-50
攻读硕士学位期间发表的学术论文  50-51
致谢  51-52

动车组检修/维修虚拟装配系统LOD技术研究

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