[硕士论文] 基于VRML的网络虚拟现实技术在虚拟机构运动中的应用研究 [复制链接]

资料简介：
硕士论文-基于VRML的网络虚拟现实技术在虚拟机构运动中的应用研究，共125页，53210字

摘要

机构学是机械工程一个重要的研究领域，人们在研究某一具体机构时，经常用虚

拟的三维机构来形象直观的表达运动过程。目前，应用于机械动态模拟的方法和软件

很多，像 3DS MAX、OpenGL、CATIA 等。随着网络技术的发展与应用，人们希望

能在网页上浏览到像 Flash 二维动画一样的三维动画。网络远程教育也是近年来教育

领域研究的一个热点，许多学校都在开展网络虚拟实验室的建设。在网络应用方面，

传统的动态模拟方法就显得不足。于是人们提出了 VRML。应用 VRML，可编写某

一机构的具有交互作用的三维动画，进而更加形象地表示机构的外形、运动过程、工

作状态等，编写的动画又可以在网上异地浏览、交互操作。

本文围绕如何制作可以在网页上展示、控制的三维机构运动，研究了运动机构模

型的构建、装配、运动的添加、网络集成等问题，主要做了以下工作：

论文首先研究了运动模型的构建方法。利用 VRML 可以构建在网页上展示的模

型，但 VRML 编程建模对复杂模型来说比较繁琐，难以掌握。针对这种情况，本文

用利用我们熟悉的建模软件建立三维模型，然后转化为 VRML 格式。研究了建模、

装配、格式转化过程中的一些关键技术，给出了技术路线和制作流程。并根据机构运

动原理实行了嵌套装配。受网络传输的限制，对复杂模型应进行优化，以减少文件的

数据量。本文对模型的优化也做了详细的论述，总结出了几种模型优化的方法和步骤。

论文随后研究了模型运动的添加，总结了三种方法。虚拟环境下，添加模型运动

并不困难，利用 VRML 自身的传感器节点和插值器节点就可以实现。对于多个构件

关联运动的情况，用这个的方法也可以做出，需要根据机构运动的特性，设置许多关

键帧，计算出每个关键帧每个构件的位置和方向，只要关键帧足够多，就可以近似模

拟出来。但这种方法需要大量的计算且不精确，不容易实现。针对这种情况，本文根

据机构运动原理采用矢量方程解析法分析模型的运动，根据分析的结果，利用 VRML

内置接口语言 VRMLScript 编写程序设置运动，方便、精确的模拟了机构的运动。

最后论文研究了运动模型的网络集成。网络传递信息的快捷和方便深受人们青

睐，要想方便、大量的传递信息也应该通过网络。本文利用所做模型构建了三维机构

运动数据库，并做出了虚拟机构运动演示网站，用 ASP 技术将数据库和 Web 页联接

起来，使浏览者可以通过网站异地查询、浏览、操作三维的运动机构。

关键词：计算机应用；虚拟现实；网络三维；机构运动；矢量方程；嵌套装配

目

录

中文摘要 .. Ⅰ

英文摘要 .. Ⅱ

第一章 绪论.............. 1

1.1 本文研究目的及意义 ..............1

1.1.1 用于远程教学与课堂教学 .......1

1.1.2 用于产品研发..2

1.1.3 用于电子商务与网络三维广告....3

1.2 国内相关领域研究现状 ..........3

1.3 虚拟现实技术综述...3

1.4 网络虚拟现实技术综述 ..........9

1.5 本文虚拟现实技术的选择 ..... 17

第二章 VRML 虚拟现实网页语言.. 19

2.1 VRML 简介 ............. 19

2.1.1 VRML 起源与历史发展 .........19

2.1.2 VRML2.0 文件的结构 ..........20

2.1.3 VRML2.0 文件头、节点、字段、事件 ............20

2.2 VRML 编辑器及可视化交互设计软件.... 23

2.3 浏览 VRML 文件的方法 ......... 24

2.4 VRML 的坐标、单位和颜色 ... 25

2.5 VRML 编程注意事项 .............. 26

2.6 本章小结 ..............27

第三章 建模与装配......... 28

3.1 建模工具 ..............28

3.2 具体模型的建立 .... 28

3.2.1 二级齿轮变速机构建模 ........28

3.2.2 牛头刨床机构建模 ............33

3.2.3 曲柄滑块机构建模 ............34

3.2.4 活塞曲柄机构建模 ............34

3.3 格式转化 35

3.4 模型优化 36

3.5 模型的装配 ........... 38

3.5.1 二级齿轮变速机构装配 ........38

3.5.2 牛头刨床机构装配 ............40

3.5.3 曲柄滑块机构装配 ............41

3.5.4 活塞曲柄机构装配 ............43

3.6 本章小结 44

第四章 添加运动......... 46

4.1 Script 节点与 Route 路由 .... 46

4.1.1 Script 节点 ........ 46

4.1.2 Script 节点与 JavaScript 语言 .46

4.1.3 Route 路由...47

4.2 JavaScript 与 VRMLScript. 47

4.2.1 JavaScript 简介 .............47

4.2.2 VRMLScript 简介 .............48

4.2.2.1 VRMLScript 中的符号 .......48

4.2.2.2 处理 eventIn 事件..........49

4.2.2.3 访问域 ....49

4.2.2.4 Math 对象 ..49

4.3 运动分析与添加运动 ........... 50

4.3.1 二级齿轮变速机构............50

4.3.1.1 在 3DS MAX 中添加运动 ......51

4.3.1.2 VRML 编程添加运动 .........52

4.3.2 牛头刨床机构 54

4.3.2.1 运动分析 ...54

4.3.2.2 运动添加 ...61

4.3.3 曲柄滑块机构 65

4.3.3.1 运动分析 ...65

4.3.3.2 运动添加 ...68

4.3.4 活塞曲柄机构.70

4.3.4.1 运动分析 ...70

4.3.4.2 运动添加 ...73

4.4 本章小结 74

第五章 网络集成......... 77

5.1 网络环境构建 ........ 77

5.1.1 微软 Web 服务器软件--IIS .....77

5.1.2 后台数据库--Access.......78

5.1.3 Web 数据库访问技术 ..........79

5.2 虚拟机构运动数据库的构建 . 80

5.3 网站设计 82

5.3.1 网站设计原则 82

5.3.2 网站规划 ....83

5.3.3 网页设计 ....84

5.3.4 Web 数据库的连接 ............84

5.4 实现效果 87

5.5 本章小结 88

第六章 结论及展望......... 89

6.1 全文总结 89

6.2 进一步工作与展望. 90

致谢... 92

参考文献 93

附录 A：构成 VRML 主体的 54 个节点 ............. 98

附录 B：用 VRML 编写的齿轮程序 . 99

附录 C：用 VRML 编写的轴承程序 104

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