PDF《虚拟塑料注塑成型教学系统》

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2 ― 设计人员的学习效率、 学习兴趣及对问题理解的深入程 度[2 ] .基于上述的应用背景 ,本文在虚拟现实技术的基础 上 ,结合 FEM分析技术 ,在Onyx2工作站上用 C + +语言结 合虚拟现实软件工具包 W TK和OpenGL图形库实现了沉浸 式、 交互式虚拟塑料注射成型的教学仿真系统 (VPI M).

2 系统结构设计 实际注塑成型系统可分为现实物理系统 (RPS)和现实 信息系统 (R IS)二个子系统.RPS由系统中物理实体组成 , 包括材料、 注塑机、 注塑模具、 控制器等 ,当系统运行时 ,这些 物理实体具有一定的行为和交互 ;

R IS涉及信息处理和决策 的活动如计划、 调度和控制等 ,它由计算机和人员组成.R IS 不包括 RPS中的物理实体 ,而只与 RPS交换有关信息.RPS 向RIS发送状态报告 ,而RIS生成并向 RPS发送控制指令. 假定用计算机系统解释来自 R IS的控制命令并向 R IS返回 状态报告 ,并且该系统的行为完全等同于 RPS,那么将模拟 RPS的计算机系统称为虚拟物理系统 (VPS) .同样 ,如果用 计算机系统模拟 R IS的功能 ,使得 RPS无法区分控制指令是 来自 R IS还是计算机系统 ,那么该计算机系统称为虚拟信息 系统 (V IS) . 图1系统的结构图 图2立体视觉投影示意图 图 1是 VPI M 系统的体系结构.VP I M 系统强调产品的开发过程.V IS是基于计 算机支持的产品设计活动 ,包括制品和制造 装备 (注塑机和注塑模具 ) CAD 建模、 注塑 有限元分析、 模具运动学分析.由于注塑模 具与注塑机三维建模是一个较为繁琐和复 杂的过程 ,利用三维建模软件造型 ,几何模 型具有整体性 ,难分开 ,不易于后续注射成 型运动的仿真 ,因此本文在图形库 OpenGL 的基础上结合 Delaunay [3 ] 三角剖分方法创 建基于表面表示法的三维注塑模具和注塑 机的几何模型.VPS是基于数字化产品模 型 ,该产品模型提供了各个阶段的模型数 据 ,包括制品几何模型、 FEA模型、 制造装备几何模型和运动 学分析模型.产品数据管理 ( PDM )系统用于连接 VPS和VIS,提供注塑过程的通讯机制和信息共享的计算机环境 ,并 实现产品生命周期信息的管理. 根据沉浸式 VPI M环境的设计需要 ,选择 Onyx2图形工 作站并借助头盔、 Cyberglove、 LCD 等外设作为沉浸式 VPI M 系统开发的硬件环境.为了开发出具有自主知识产权的 VPI M系统 ,选择了底层图形库 OpenGL 结合虚拟现实集成 开发工具包 W TK对塑料注塑成型的 VR系统进行开发.开 发沉浸式的 VPI M 系统 ,最主要的关键技术是立体成像技 术、 塑料有限元模拟技术、 制造设备建模和注塑过程的运动 仿真.

3 沉浸式 VP I M 系统场景的立体显示 在沉浸式 VPI M 教学系统中 ,对于给定的三维物体造 型 ,解算出其立体视觉图像对便于立体观察是很重要的.通 常采用的方法是按照摄像模型不同的观察方向分别进行投 影.对于单视点的情况 (如图

2 ( a)所示 ) ,显示平面与 X - Y 平面平行且过原点 ,而视点在 Z 轴上 ,其坐标为 (0, 0, - d) . 则空间象上任意一点 P ( x, y, z)在显示平面上的投影坐标 S ( xP , yP )为:xP = xd d + z , yP = yd d + z (1) 该映射关系称为标准透视投影算法. 要产生立体视觉图像对 (图2(b) ) ,我们将原视点保持 不变作为右视点 SR ,令一视点移至 ( r, 0, - d)为左视点 SL , 其中 r表示目间距.这样 ,空间的任一点 P ( x, y, z)对左视 点的投影 S P L 的坐标为 : x P L = dx - zr z + d , y P L = yd z + d (2) 对xPL的解析式进行变形 ,则不难得出如下结果 : x P L = d ( x + r) d + z - r, y P L = yd z + d (3) 比较方程 (1)和(3) ,则可以按照下列算法求左视点的投影 点:对于空间任一点 P ( x, y, z) : ―