仿真与虚拟设计技术24VIP免费

第1章绪论伴随着科学的不断发展，人类社会步入了崭新的世纪。各种新技术层出不穷，而各个学科相互融合发展，又产生了许多新的学科技术。产品设计就是这样的一门学科。每一次新科技的出现，都会给产品设计的途径、方式带来新的发展和变化。下面的例图１总结了几个世纪以来产品设计的演变过程。仿真与虚拟现实技术是以计算机支持的仿真技术为前提的，对设计、加工、装配、维护等等，经过统一建模形成虚拟的环境，虚拟的过程，虚拟的产品。仿真与虚拟技术产生于20世纪40年代，到90年代才逐步发展完善起来，现在已经应用到了制造、军工、医学、航天、建筑等很多领域，并且都取得了很大的成功。仿真与虚拟技术应用到产品设计中，更会体现出它的很多优势，给设计业带来全新的理念和方式。虚拟现实仿真是一门以系统科学、计算机科学和概率论与数理统计学为基础，结合各应用领域的技术特点和应用中的需要，逐渐发展起来的边缘性技术，同时它也是一门实验性科学，随着各门学科的发展，虚拟现实仿真也得到日新月异的发展，已成为近年来十分活跃的新兴技术。虚拟现实概念从1984年被WilliamGibson提出来以前，在系统仿真领域造成了巨大的影响。20世纪90年代初，F．Robert探讨了可视化仿真的发展前景，此后C．James提出用三维图形渲染二维动画仿真环境的机制。M．Barnes讨论了虚拟现实和系统仿真结合所需要的方法和硬件设备。1996年，ArnoldH．Buss在离散系统仿真机制的基础上，研究开发了一种基于Java语言的离散事件仿真系统JavaSim，可用于在一般民用企事业单位的Internet网上模拟建模。Macredie在1996年阐述了虚拟现实仿真环境对模拟训练的应用，并提出面向对象的建模机制；顺应计算机发展的潮流，WolfgongKreutzer在1997年按Java语言的多线程特点开发了一种开放式仿真语言SimJava，并通过互联网提供源代码，它是一种基于事件推进的仿真系统，将仿真实体按独立的线程运行，通过实体接口发送或接受事件消息，为仿真实时控制创造了条件。另一个知名的Java仿真系统是由ThreadTec公司研究开发的Silk仿真系统，基于当时网络技术和仿真界”免编程”思想的重新认识，利用Java本身的平台无关性提出了一种通用性网上仿真系统。通过面向过程的机制，构成了可在任何Java开发环境中应用的仿真支持系统，为用户提供建模的方便性。这些仿真系统研究开发的思想和方法，为进一步和开发虚拟现实仿真系统铺平了道路。20世纪90年代末期，在虚拟现实仿真理论与开发方面，国内研究和国外研究工作几乎处于同步阶段。在同一时期分别提出了基于虚拟现实建模的仿真实验系统。北方交通大学在1999年设计了基于OpenGL的三维交通模拟系统；北京航空航天大学管理系统仿真实验室在1999年利用虚拟现实模拟语言（VRML）提出了可在PC机上运行的虚拟现实仿真系统的构想，并实现但服务台排队系统的虚拟现实仿真。接着，北京航空航天大学管理系统仿真实验室又提出并实现了在虚拟现实仿真环境下进行序贯决策的实验系统，可在虚拟环境中进行飞机装配过程的序贯决策，并在互联网上进行了虚拟现实仿真实验，与此同时，美国乔治亚理工学院在2000年也提出基于VRML的虚拟现实仿真系统并实现了在制造系统中的应用。2001年北京航空航天大学管理系统仿真实验室在已有研究成果的基础上，进一步研究和实现了虚拟现实环境下的序贯决策仿真优化，进行了相应的实证研究。近年来，我国在虚拟现实和仿真方面的研究工作也又迅速发展，特别是国防院校、科研单位，在虚拟现实研究和虚拟现实系统开发与应用等方面都有重要进展。如虚拟样机开发、虚拟装备和虚拟训练系统、虚拟装备维修系统、虚拟战场模拟系统、基于HLA或RTI（Run-TimeInfrastructure）的虚拟建模系统等。随着虚拟现实技术的发展，基于更新的虚拟现实系统MultiGen（OpenCreatorVega）、WTK(WorldToolKit)、STK(SatelliteToolKit)的虚拟现实仿真系统正在研究和开发中，预期在不久的将来，这些新的系统将会面世。第2章技术概述计算机仿真技术是以计算机为工具,对工程过程进行建模、数值模拟、结果显示与处理。对于机械产品的设计,仿真建模主要是用现代力学的理论与方法对产品的使用过程、生产...