基于Qt和Open Inventor跨平台虚拟油泥造型系统构建方法的研究与实现

采用传统开发流程的应用软件系统一般无法跨平台运行于Unix/Linux,Mac OS或MS Windows操作系统。在研究软件的跨平台技术基础上,结合Qt应用程序框架和Open Inventor图形软件包的特点,提出一种新的构建跨平台图形应用软件系统的通用技术方案,并给出了RedHat Enterprise Linux4和MSWindows系统下的实现方法。通过描述虚拟油泥造型系统的构建机理,表明该方法可以满足一般跨平台软件的开发需求。最后着重给出基于KDe-velop集成开发环境的VCMS开发流程,验证了方法的有效性和意义。

支持触觉力反馈的虚拟油泥造型系统

使用六自由度三维鼠标Spaceball 5000和触觉力反馈设备PHANTOM Desktop,设计了造型操作中的双手交互子任务分配模式,完成了触觉反馈力的计算,并基于Open Inventor和Qt应用程序框架,开发了设备的用户接口,实现了带触觉力反馈功能的虚拟油泥造型系统,再现了传统油泥建模过程中通过力触觉控制造型过程的方法。最后,在实际产品开发过程中进行了应用验证,效果良好。

虚拟油泥造型交互方法研究

虚拟油泥造型是一种新的计算机辅助工业设计方法,但目前虚拟油泥造型过程中使用的二维鼠标和键盘等人机交互设备无法体现油泥模型设计师的操作习惯,从而降低了造型过程的真实感和系统的交互能力,增加了造型过程的控制难度;根据虚拟油泥造型系统中刮削、填补和刮补造型操作的特点,考虑到设计操作中较为频繁的视图变换,研究了三维鼠标和力反馈设备的作用机理,提出了采用6自由度的三维鼠标和力反馈设备的新的交互方法,并使用Open Inventor开发包在虚拟油泥造型系统中进行了实现;该交互方法在虚拟油泥造型系统中得到了实际应用,效果良好,为设计人员创造力的发挥提供了一种新的途径。

虚拟油泥造型技术中的实时力反馈仿真研究

将力反馈技术引入虚拟油泥造型过程。通过分析刮削、填补和刮补过程中不同的力觉行为,分别提出了刮削、填补和刮补过程的力反馈仿真模型。通过计算材料的实时刮削量、填补量得到单位时间内材料刮削率和填补率;根据材料属性,分别引入刮削力反馈因子、填补力反馈因子来计算反馈力;最后根据刮削和填补的反馈力得出刮补的反馈力,通过反馈力实现虚拟油泥造型控制。将该方法应用到基于力反馈技术的虚拟油泥造型系统中,通过使用Phantom Desktop力反馈设备成功实现了具有力觉反馈的虚拟油泥造型。仿真结果表明:该方法降低了油泥造型控制难度,增强了造型过程的真实感。

虚拟油泥造型方法

对虚拟油泥造型系统中的刮削、填补和刮削并填补三种造型方法进行了研究,介绍了其实现方法。首先根据造型工具的形状和运动状态,实时构造扫描体表面模型并离散为压缩体素模型,然后与虚拟油泥模型进行布尔运算,从而实现刮、削、扫等操作。该方法成功应用于虚拟油泥造型系统,效果良好。

虚拟油泥造型工具设计

目前,汽车外形设计采用传统油泥模型制作和计算机辅助设计相结合的方式进行。本文指出了两种方法的优缺点,介绍了一种新的虚拟油泥造型方法。重点对虚拟油泥造型工具进行了分类,研究了虚拟油泥造型工具建模方法,开发了虚拟油泥造型工具编辑器。该编辑器在虚拟油泥造型系统中得到了应用并取得了很好的效果。

虚拟油泥造型系统的用户界面设计初探

建模是现代工业产品设计开发过程中的关键环节,近年来,虚拟油泥造型开始成为设计师的新选择,但目前这种方法还处于研发当中。为了满足设计师的需求,需要对设计师和实体油泥造型技术进行深入的研究。采用文献研究和网上问卷调查的方式了解油泥模型的使用现状,结合深度访谈、外部观察、图片日记、视频拍摄等定性研究方法,建立用户角色模型和典型用户情境,分析其中的建模思路和交互特点。

虚拟油泥造型检验模板的设计与应用

借鉴检验模板在工业产品油泥建模过程中控制产品外形的作用,在虚拟油泥造型系统中引入了虚拟油泥检验模板的概念;首先,对现有汽车油泥模型模板类型进行了分析、总结;然后,根据NURBS曲面在Open Inventor中可以实现透明的特点,选择裁剪NURBS曲面的方法设计了虚拟油泥检验模板;最后,根据虚拟油泥造型在工程应用方面的需要,对检验模板的准确定位、颜色与透明度表示等问题进行了研究,并完成了某型汽车车身的虚拟油泥模型造型,验证了虚拟油泥检验模板方案的可行性。

基于状态模型的虚拟油泥造型系统交互设备分析

虚拟油泥造型系统能够实现虚拟环境下的自由形态模型制作,使设计师能够自然、高效地设计产品,其交互界面的设计开发是系统实现的基础,而输入输出设备的设计与系统性选择则更为重要。扩展运用交互设备的状态模型,对虚拟油泥造型系统若干交互任务所需的状态以及典型设备的状态转移模型进行了研究,为虚拟油泥造型系统交互设备的设计选配提供了理论基础。

一种新的压缩体素模型及其应用

用体素模型 ( Voxel)表示体积较大或精度要求较高的物体时需要大量的计算机存贮空间 ,相应的操作时间也较长。介绍了一种压缩表示形式的 Voxel模型结构 ,该方法用 3个方向的 Dexel模型表示 Voxel模型 ,其计算机内部存贮空间得到了很大的压缩 ,布尔操作也得到了进一步的简化。文章也讨论了压缩体素模型的图形显示方法 ,提出基于渐进立方体 ( Marching Cubes)方法的优化表面三角网格提取算法 ,并利用 Open GL功能显示产生的表面三角网格。基于该压缩 Voxel模型开发的虚拟油泥造型系统在实际中得到了应用 。

基于压缩体素模型的快速成型直接切片算法

基于STL文件模型的间接分层切片算法存在缺乏拓扑信息,面误差诊断修复困难等问题,结合压缩表示形式的体素模型特点,提出了一种新的基于压缩体素模型直接切片分层优化算法。该算法利用Dexel模型记录的Dexel射线和物体交点所表达的物体表面点位置,通过设定分层平面厚度等参数获得截面轮廓数据,生成可直接适用于快速成型系统的共用层接口CLI文件。该算法在虚拟油泥造型系统中得到了应用,实验结果表明算法稳定、分层效果良好。

一种基于材料切除方法的力反馈仿真模型研究

针对目前虚拟油泥造型技术缺少力觉造型控制的问题,提出一种新的基于材料刮削率的力反馈仿真模型。该模型中虚拟反馈力与材料刮削率成正比,计算机虚拟造型时,根据材料属性和单位时间内材料的实时刮削量来计算虚拟刮削力。在基于压缩体素模型的虚拟油泥造型原型系统中,利用Phantom Desktop力觉交互设备,成功地实现了具有力觉反馈的虚拟油泥造型。仿真实验结果证明,该模型可以满足虚拟油泥造型方法的要求,能够有效地增强造型过程的真实感,且稳定、高效。