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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