航空发动机虚拟教学实验系统研究

论文摘要

“航空发动机虚拟教学实验系统”的设计研究及开发应用是运用现代新技术来改革传统的教学方式的一个突破，虚拟现实技术作为新的教学媒体，它的出现无疑将对教育界产生深远的影响。系统是面向大中院校航空发动机专业的教学，科研和发动机设计而研究开发的，具有较高的实用价值。本论文围绕“航空发动机虚拟教学实验系统”的设计、开发及实现过程而展开，主要研究工作及所取得的研究成果如下： 1．基于VC++6.0和Vega的软件开发环境，实现了航空发动机虚拟教学实验系统。该系统由虚拟装配、模化教学、流场显示、试车实验四大部分组成，该系统利用虚拟现实技术使得发动机教学效果达到了形象、实时、逼真。 2．分析并研究了虚拟现实系统中的碰撞检测算法，利用基于包围盒及包围球等碰撞检测方法实现了虚拟装配中的发动机各部件的碰撞检测与数据手套装配过程中手指和发动机各部件的碰撞检测。 3．设计并实现了多视点、多角度、全方位的实时视点观测方法，并建立了一整套随任意控制视点进行局部或全局的观测场景的方法。为用户进行微观和宏观观察仿真进程及虚拟视景提供了便利的途径。 4．设计了基于粒子系统和贴图的特殊效果设计，把粒子系统的行为模型和几何模型统一起来，对粒子系统的属性及随机性作了理论性的分析研究，并利用粒子系统模拟了发动机内部的气流效果，利用特效功能实现了发动机燃烧室燃烧的火焰效果。 5．分析并研究了三维立体显示的原理和算法，完成了立体显示功能，并成功接入空间定位器与立体眼睛等虚拟现实外设，使使用者真正置身于虚拟发动机教学的三维场景中，实现了虚拟现实系统的沉浸效果。

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第一章绪论

1.1 虚拟教学实验系统开发的目的和意义

1.2 虚拟现实技术的发展和虚拟实验技术的国内外研究现状

1.2.1 虚拟现实技术的发展

1.2.2 虚拟实验在国内的发展状况

1.2.3 虚拟实验在国外的发展状况

1.3 问题的提出

1.4 本文的主要工作

第二章系统功能需求及解决方案

2.1 虚拟教学实验系统的功能组成

2.1.1 虚拟教学实验系统的功能组成概述

2.1.2 虚拟教学实验系统的硬件结构组成

2.2 虚拟教学实验系统技术要求

2.2.1 软件系统平台技术要求

2.2.2 虚拟装配模块技术要求

2.2.3 模化实验教学模块技术要求

2.2.4 发动机试车模块技术要求

2.2.5 流场显示仿真模块技术要求

2.3 虚拟教学实验系统的实施方案论证

2.3.1 仿真软件开发环境的选择

2.3.2 三维图形开发平台选择

2.3.3 三维几何建模工具的选择

2.3.4 系统总体架构

2.4 本章小结

第三章虚拟教学实验系统软件设计

3.1 Vega应用程序的基本框架及其实现

3.1.1 Vega的仿真程序过程建立

3.1.2 Vega应用程序的基本框架

3.2 仿真实体的几何建模

3.3 虚拟教学实验系统基本功能的实现

3.3.1 物体模型的调入

3.3.2 Vega中的对象定位

3.3.3 视点的设计

3.3.4 外围设备的连入

3.3.5 图文数据显示模块

3.4 虚拟教学系统的音频实现

3.4.1 AudioWorks2的使用

3.4.2 DirectSound的使用

3.4.3 系统模化及试车噪音环境的模拟

3.5 本章小结

第四章系统关键技术研究

4.1 碰撞检测技术研究

4.1.1 碰撞检测方法简介

4.1.2 Vega中的碰撞检测方法研究

4.2 数据手套技术研究

4.2.1 虚拟手建模

4.2.2 数据手套的使用

4.2.3 基于数据手套的交互实现

4.3 立体显示技术研究

4.3.1 立体视觉形成原理

4.3.2 Vega中的立体像对生成

4.3.3 立体像对的观察

4.4 特殊效果设计研究

4.4.1 基于粒子系统的特效模拟

4.4.2 典型粒子系统最基本属性

4.4.3 基于Vega的粒子系统

4.4.4 基于动画和纹理贴图技术的特效模拟

4.5 建模技术研究

4.5.1 纹理映射技术

4.5.2 实例化技术

4.5.3 LOD（Level of Detail）细节层次技术

4.5.4 DOF（Degree of Freedom）技术

4.6 本章小结

第五章系统实现及调试分析

5.1 软件的使用界面

5.2 系统的运行环境

5.3 软件调试及结果分析

5.3.1 虚拟装配模块

5.3.2 模化展示模块

5.3.3 模拟试车模块

5.3.4 流场显示模块

5.4 本章小结

第六章全文总结

参考文献

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致谢

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