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第1章 概论 1

1.1 概述 1

1.1.1 虚拟现实与虚拟制造的产生背景 1

1.1.2 虚拟现实与虚拟制造的现状 5

1.2 虚拟现实的基本特性与特点 8

1.2.1 虚拟现实的基本特性 8

1.2.2 虚拟现实的硬件特点 9

1.2.3 虚拟现实的软件特点 10

1.3 先进制造系统与虚拟制造系统 11

1.3.1 先进制造系统的发展历程 11

1.3.2 敏捷制造与虚拟制造 14

1.4 虚拟现实与虚拟制造的应用 16

1.4.1 在军事方面的应用 17

1.4.2 在建筑设计中的应用 18

1.4.3 在工程及产品设计方面的应用 19

1.4.4 在医疗方面的应用 19

1.4.5 在电子电路方面的应用 19

1.4.6 在汽车制造方面的应用 20

1.4.7 在娱乐方面的应用 20

1.4.8 在教育培训方面的应用 20

1.4.9 其他方面的应用 20

1.5 虚拟现实与虚拟制造的发展与展望 21

1.5.1 支持并行工程 22

1.5.2 完成动态联盟的建立 22

1.5.3 进行虚拟制造 23

参考文献 23

第2章 虚拟现实技术与系统 26

2.1 计算机仿真与虚拟现实 26

2.1.1 虚拟现实的特点 26

2.1.2 计算机仿真与虚拟现实的关系 29

2.1.3 虚拟现实在计算机仿真中的应用分析 32

2.2 虚拟现实系统的环境构成 33

2.2.1 虚拟现实的硬件环境 33

2.2.2 虚拟现实的软件环境 45

2.3 支持虚拟现实的多通道技术 55

2.3.1 多通道用户界面模型概念及特点 55

2.3.2 多通道用户界面模型结构及运行机制 56

参考文献 58

第3章 虚拟制造的概念体系 60

3.1 虚拟制造的概念 60

3.1.1 虚拟制造的定义 60

3.1.2 虚拟制造的特点 62

3.1.3 虚拟制造与实际制造之间的关系 63

3.2 虚拟制造的分类 64

3.2.1 以设计为中心的虚拟制造 64

3.2.2 以生产为中心的虚拟制造 65

3.2.3 以控制为中心的虚拟制造 65

3.3 虚拟制造的理论基础 66

3.3.1 建模理论 66

3.3.2 计算机仿真理论 74

3.3.3 分布式计算理论 80

3.4 虚拟制造的技术体系 82

3.4.1 使能技术群 82

3.4.2 关键技术群 84

3.5 虚拟制造系统的体系结构 84

3.5.1 虚拟制造体系结构的研究现状 84

3.5.2 虚拟制造系统的功能要求 85

3.5.3 虚拟制造系统的体系结构 87

3.6 虚拟数控加工系统的体系结构与组成［6］ 89

3.6.1 虚拟数控加工系统的功能要求 89

3.6.2 虚拟数控加工系统的体系结构 91

3.6.3 虚拟数控加工系统的组成 92

参考文献 100

第4章 虚拟制造的建模与仿真技术 102

4.1 虚拟制造系统理论建模 102

4.1.1 制造系统建模理论概述 102

4.1.2 分布式多智能体系统理论 105

4.1.3 虚拟制造企业的建模技术 115

4.1.4 虚拟制造单元的建模技术 126

4.2 虚拟制造系统仿真技术 134

4.2.1 仿真技术发展概况 134

4.2.2 虚拟环境下的多任务仿真技术 137

4.2.3 制造单元布局与设计仿真 142

4.2.4 产品虚拟装配仿真 145

参考文献 151

第5章 虚拟制造的若干关键技术 154

5.1 可视化与智能化仿真设计 154

5.1.1 可视化仿真技术 154

5.1.2 智能化设计 159

5.1.3 交互式智能设计系统 165

5.1.4 仿真设计工具及实例 166

5.2 制造特征化 170

5.2.1 制造特征的概述 170

5.2.2 特征定义 171

5.2.3 特征的数学描述 172

5.2.4 零件的特征模型 173

5.2.5 从设计特征到制造特征 174

5.2.6 特征映射 175

5.2.7 从设计特征模型提取制造特征 177

5.2.8 特征干涉问题 180

5.3 虚拟成型 182

5.3.1 虚拟原型的设计技术 182

5.3.2 成型产品的虚拟制造技术 186

5.3.3 虚拟成型产品开发平台结构 186

5.3.4 虚拟成型技术在表面组装中的应用 186

5.3.5 虚拟成型技术在虚拟数控加工中的应用［24］ 188

5.4 虚拟控制 199

5.4.1 虚拟控制原型 199

5.4.2 基于仿真的实时动态调度 200

5.4.3 虚拟设备与虚拟控制器［33～35］ 205

参考文献 207

第6章 数字原型与虚拟培训 210

6.1 数字原型的基本概念 210

6.1.1 数字原型概念的产生 210

6.1.2 数字原型的优点 211

6.1.3 利用数字原型制作与分析设计过程 212

6.2 三维动感的数字原型建模 213

6.2.1 数字原型中的三维图形 213

6.2.2 几何建模 214

6.2.3 动态建模 215

6.2.4 物理属性建模 216

6.2.5 数据库的使用及格式 217

6.3 数字原型的应用 217

6.3.1 波音777型客机的开发 218

6.3.2 福特汽车的设计 218

6.3.3 Mazda汽车的设计开发 219

6.3.4 产品与数字人体模型 219

6.3.5 与虚拟现实的结合 221

6.4 虚拟培训 222

6.4.1 概述 222

6.4.2 虚拟培训的工程应用场合 223

6.4.3 虚拟制造培训系统 225

参考文献 230

第7章 虚拟制造的应用 232

7.1 概述 232

7.2 外型设计与布局设计 233

7.2.1 虚拟汽车设计 233

7.2.2 虚拟家电产品设计［8］ 235

7.2.3 虚拟船舶设计 237

7.3 机械运动与动力学仿真 242

7.3.1 虚拟风洞 243

7.3.2 虚拟机床加工系统 247

7.4 热加工工艺模拟 250

7.4.1 铸造加工工艺的模拟 250

7.4.2 锻压加工工艺的模拟 254

7.5 产品制造与性能评测 254

7.5.1 虚拟制造的产品设计 254

7.5.2 虚拟加工 257

7.5.3 虚拟装配 259

7.5.4 产品性能评测 262

参考文献 265

第8章 虚拟制造的原型系统 267

8.1 典型虚拟制造应用软件 267

8.1.1 增强的可视化系统 268

8.1.2 基于虚拟现实技术的应用软件 273

8.2 虚拟数控系统 276

8.2.1 虚拟机床 277

8.2.2 虚拟数控系统 279

参考文献 292

第9章 虚拟现实与虚拟制造的未来发展 294

9.1 虚拟现实与虚拟制造的I/O技术 294

9.1.1 虚拟现实与虚拟制造中的标准化问题 294

9.1.2 虚拟现实与虚拟制造和多媒体技术的结合 300

9.1.3 虚拟现实与虚拟制造技术和各种应用软件的结合 301

9.1.4 虚拟现实与虚拟制造系统的开放化与层次化——组件技术 305

9.2 虚拟现实与虚拟制造的关键技术 306

9.2.1 虚拟现实与虚拟制造的实时性技术 306

9.2.2 数字样机技术 309

9.2.3 虚拟产品的分析评估技术 310

9.2.4 三维可视化环境——OpenGL在虚拟现实与虚拟制造中的应用 311

9.3 分布式虚拟现实与虚拟制造系统 313

9.3.1 虚拟现实虚拟制造中的多智能体体系结构 313

9.3.2 多智能体系统与虚拟现实仿真 315

9.3.3 分布式虚拟环境（Distributed Virtual Environment,DVE） 316

参考文献 319

后记 322