面向动车组转向架虚拟装配的可视化技术研究与应用

论文摘要

针对动车组转向架在实际装配和维修过程中存在的诸如装配信息表达不直观、不能共享、人员培训成本高、培训时间长等问题开发了动车组转向架虚拟装配系统,以便为设计师和工艺师提供分析、研究平台,为制造人员和维修维护人员提供培训手段,提高转向架在工艺设计和维修中的效率。本文针对虚拟装配系统中仿真过程的流畅性、复杂装配关系的直观表达以及立体显示等可视化开展研究。虚拟装配系统一般要求图形生成速度和操作响应达到实时,而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景的实时绘制需要,尤其是对于高速动车组转向架这样的大型复杂结构,因此需要对场景内的图形加速。利用基于AABB包围盒的LOD技术解决了复杂模型的简化问题,实现了在不同场景下调用不同的细节模型,在不影响视觉效果的情况下,提高系统运行效率。由于装配体零件互相遮掩无法清晰的表达零件之间的装配关系,利用剖切技术对三维模型进行剖切,将被遮掩零件的结构信息和装配信息直观的表现出来,提高系统的直观性。立体显示技术可以实现深度层次视觉效果,使用户“身临其境”的重要方式之一。本文对透视投影旋转法、平行投影法、双中心投影法等立体成像算法进行比较后,采用双中心投影法实现了系统模型的立体显示。最终实现了动车组转向架虚拟装配过程的可视化。论文最后以动车组转向架轮对、空气弹簧为例,对系统可视化的实现效果进行展示,并对未来研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 虚拟装配
• 1.3 虚拟装配中的可视化技术需求分析
• 1.4 可视化技术研究现状
• 1.5 课题来源和研究内容
• 第二章 动车组转向架虚拟装配系统
• 2.1 系统的总体指导思想
• 2.2 系统总体结构
• 2.3 系统工作流程
• 2.4 虚拟装配/拆卸的实现
• 本章小结
• 第三章 可视化技术的实现工具
• 3.1 几种常用可视化工具的比较
• 3.2 OSG简介
• 3.2.1 OSG组成模块
• 3.2.2 OSG的优势
• 3.3 OSG场景图结构
• 3.4 OSG内存管理
• 3.5 OSG平台对可视化技术的支持
• 本章小结
• 第四章 虚拟装配系统中可视化技术的实现
• 4.1 基于AABB包围盒的LOD技术的实现
• 4.1.1 LOD框架的比较与选择
• 4.1.2 包围盒的选择
• 4.1.3 简化方法
• 4.2 剖切技术的实现
• 4.2.1 剖视图简介
• 4.2.2 剖切原理
• 4.2.3 剖切的实现
• 4.3 立体显示技术的实现
• 4.3.1 视差
• 4.3.2 显示方式的选择
• 4.3.3 立体显示算法
• 4.3.4 系统中立体显示的实现
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢