产品结构可视化信息管理技术研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 13 4 973.63KB 66 页 15积分

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中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论.....................................................................................................................1
§1.1 课题来源.............................................................................................................1
§1.2 课题研究的背景、目的、意义.........................................................................1
§1.3 目前国内外发展现状.........................................................................................2
§1.4 本文主要研究内容.............................................................................................4
第二章 可视化.................................................................................................................5
§2.1 可视化技术的内涵............................................................................................5
§2.1.1 可视化系统的概念..................................................................................5
§2.1.2 可视化技术的分类..................................................................................6
§2.1.3 可视化技术的特点..................................................................................7
§2.2 可视化的实施....................................................................................................8
§2.2.1 可视化的实施步骤..................................................................................8
§2.2.2 可视化的数据建模...................................................................................9
§2.2.3 可视化的软件开发平台..........................................................................9
§2.2.4 可视化的人机交互................................................................................10
§2.3 可视化的应用..................................................................................................10
第三章 虚拟现实...........................................................................................................12
§3.1 虚拟现实系统的概念、特征、构成..............................................................12
§3.1.1 虚拟现实系统的概念............................................................................12
§3.1.2 虚拟现实系统的特征............................................................................12
§3.1.3 虚拟现实系统的构成............................................................................13
§3.1.4 虚拟现实系统的分类............................................................................14
§3.1.5 虚拟现实技术的主要应用....................................................................15
§3.2 虚拟现实系统的软硬件组成..........................................................................18
§3.2.1 虚拟现实软件介绍................................................................................18
§3.2.2 虚拟现实系统的硬件............................................................................20
§3.2.3 立体显示设备及优缺点........................................................................23
第四章 立体显示...........................................................................................................24
§4.1 立体显示原理..................................................................................................24
§4.2 立体显示的实现..............................................................................................24
§4.2.1 立体显示的具体实现方法....................................................................24
§4.2.2 实现立体显示的方法比较....................................................................27
第五章 产品结构可视化信息管理系统论证...............................................................29
§5.1 系统分析..........................................................................................................29
§5.1.1 系统需求分析........................................................................................29
§5.1.2 系统可行性分析....................................................................................29

§5.2 系统的总体设计..............................................................................................30
§5.2.1 系统结构................................................................................................30
§5.2.2 系统开发目标........................................................................................31
§5.2.3 系统运行环境........................................................................................31
§5.3 开发工具的选用..............................................................................................31
§5.3.1 三维建模工具的选用............................................................................31
§5.3.2 三维显示插件的选用............................................................................32
§5.3.3 程序开发工具的选用............................................................................33
第六章 基于 MFC 的可视化信息管理系统的实现.......................................................34
§6.1 eDrawings 的二次开发...................................................................................34
§6.1.1 eDrawing API 的调用...........................................................................34
§6.1.2 利用 HOOK 函数进行二次开发..............................................................36
§6.1.3 注入 HOOK 函数的 DLL 的编写和调用...................................................39
§6.2 基于 Vega API 的二次开发............................................................................44
§6.2.1 建立 Vega 应用程序框架......................................................................44
§6.2.2 Vega 中拾取物体的实现.......................................................................46
§6.2.3 Vega 中场景对象的运动控制...............................................................50
§6.3 基于 MFC 的主应用程序框架..........................................................................51
§6.3.1 主窗口界面............................................................................................51
§6.3.2 各功能模块的视图切换........................................................................53
§6.3.3 文字和视频的显示................................................................................57
§6.4 二次开发中数据交互操作的实现..................................................................58
§6.4.1 数据的传递............................................................................................58
§6.4.2 数据的判定............................................................................................60
§6.5 二次开发中数据交互操作的实例..................................................................63
§6.5.1 eDrawings 中数据选取、判定、显示实现的实例.............................63
§6.5.2 Vega 中数据选取、判定、显示实现的实例.......................................67
第七章 全文总结与展望...............................................................................................70
§7.1 全文总结..........................................................................................................70
§7.1.1 三维显示的两种方式的比较................................................................70
§7.1.2 研究总结与创新点................................................................................71
§7.2 存在问题及进一步研究方向..........................................................................72
参考文献.........................................................................................................................73

第一章绪论

§1.1 课题来源

本课题来自上海建设路桥机械设备有限公司。上海建设路桥机械设备有限公

司是一家国内大型的制造生产企业，该公司主要以生产破碎筛分设备为主，共有

矿山、冶金、建材、环保等四大门类 238 种产品，年销量达四千余台（套），销售

覆盖矿山、建材、冶金、环保、交通、能源、化工、水利等八大行业。公司生产的颚式、

反击式、锤式、圆锥式、辊式、剪切式等破碎机以及机电一体化破碎筛分成套设备占

企业总产量的 60％以上，系企业的强势产品。公司的大型单段锤式破碎机、烘干破

碎机、板式喂料机，近年来在水泥行业技术改造中成为首选的新型装备之一。公司

的可逆锤式破碎机、重锤式破碎机又以其细碎破碎的显著效能而倍受新型建材行

业的青睐。

近年来，随着市场经济的进一步深化，竞争日趋激烈，缩短产品的开发周期、

降低成本、争取客户、争取市场成为企业发展的根本。在这竞争的浪潮中，促使企

业不断采用各种先进的设计制造方法，缩短研发周期，提高产品质量，来增强产

品的竞争能力。同时对于公司各种产品的宣传介绍也成了竞争的一个重要方面。完

善的产品介绍可以让客户能更全面，直观的了解公司各种产品的性能、优点，从

而吸引更多的客户。对公司员工进行产品培训时，不仅能直观，有效的展示产品

的组成，结构特点，拆装，维护等等的技术信息，让员工在最短的时间内熟悉、

掌握这些技术信息，还能让员工建立一种全局的视角，对生产实际有更全面的认

识。因此公司对如何展示、介绍产品结构信息提出了各种要求。根据企业的要求，

我们对现代各种产品结构信息可视化管理技术进行了研究，开发相应的可视化系

统来满足企业的需要。

§1.2 课题研究的背景、目的、意义

计算机技术的迅猛发展把人类带入一个信息时代，社会的各个行业领域都发

生了翻天覆地的变化。制造业也在时代背景的影响下，向信息化方向发展。在制造

企业中，对于任何产品，都有繁琐复杂的设计制造过程，并拥有数量巨大的工程

图纸，技术信息等等种类繁多的数据资料。计算机技术作为辅助设计和管理的手

段已经广泛的应用于制造业界。如利用 CAD，CAM，CAE 等技术，简化了产品的

设计过程，各种各样的企业数据管理系统，例如ERP，MPM，PDM，CAPP 等等

广泛应用于企业来管理和存储数据，提高了企业的运作效率。计算机技术成为现

在制造业不可缺少的工具之一。随着计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机

辅助设计等多个技术领域的发展，综合这些技术领域形成了可视化技术。可视化

技术增强了人类的认知能力，可视化技术赋予人们一种仿真的、三维的并且具有

实时交互的能力，人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来获取信息

或发挥自己创造性的思维。另外计算机图形学、人机交换技术、传感技术、人工智能

等领域综合形成的一个技术就是虚拟现实，它利用计算机技术生成一个逼真的、

产品结构可视化信息管理技术研究

具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境

中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一

种先进的数字化人机接口技术，能使人们进入一个三维的、多媒体的虚拟世界，

它是可视化技术的一个补充。

在没有计算机技术出现之前，企业生产的产品如果要展示给客户，或者对员

工进行培训，都需要一台实际的产品物理样机，并且带有数目繁多的技术资料，

但是如果产品比较庞大复杂，就会给演示带来很多的不便，客户或者员工对于产

品的了解也需要很长的时间。应用了计算机技术之后，就可以用计算机辅助设计

软件做虚拟样机，利用可视化技术和虚拟现实技术，来进行产品的演示。企业可

以用三维建模技术建造一个三维虚拟样机，它跟实际产品具有相同的结构，外形

然后用可视化和虚拟现实等技术构建一个虚拟的空间，可以是破碎机工作现场，

可以是破碎机组装车间，等等，利用其交互功能，使客户或者员工在观看展示的

时候都可以与计算机互动，从而对产品获得各种认知。这样在与客户交流，进行

员工培训方面变得轻松，方便，使他们在很短的时间之内就可以了解整个产品，

给系统演示带来了质的飞跃。

本课题紧跟国际可视化技术和虚拟现实研究的方向，并从实际工程应用出发

对其进行了研究和探索。可视化技术的应用和推广必将对机械制造行业带来巨大

的贡献，推动国内机械制造行业在市场上的竞争力。

§1.3 目前国内外发展现状

可视化的概念最早出现于计算机科学领域。1987 年2 月美国国家科学基金会

召开的一次研讨会提出了科学计算可视化（ Visualization in Scientific

Computing，ViSC）的概念，指利用计算机图形学、图像处理技术，将科学计算过

程中产生的数据及计算结果转换为图形图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理

的理论、方法和技术。随着科学计算可视化技术的发展，在经历了十多年之后又诞

生出不少分支，有科学计算可视化、数据可视化、信息可视化、知识可视化等，形

成了现在的可视化技术学科。

欧美国家的可视化研究经过十几年的发展在理论和应用上已取得了一批领先

的成果。在理论研究方面比较注重可视化模型的方法，在应用的领域不仅出现了

一批原型系统，而且有一些系统早已投入了实际应用。例如，加利福尼亚大学

BERKELEY 分校图书馆已将一个可视化子系统投入实际应用。另外自 1990 年以来

美国电气和电子工程师学会（IEEE）每年举行一次有关可视化的会议，出版论文

集。美国、德国的超级计算机中心、研究所及大公司着手开发软件系统，并形成商

品推向市场。如美国Stardent 计算机公司推出的AVS 系统，美国俄亥俄超级计算

机中心开发的 APE 系统，德国达姆斯达特 FHG-AGD 研究中心开发的 VIS-À-VIS

系统等。

亚洲地区以日本较为典型，近几年来，日本不仅成立了可视化学会（The

Visualization Society of Japan ），而且出版了《可视化杂志》（Journal of

Visualization）和可视化手册，创建了可视化数据库（visual database），并多次举

办了可视化国际学术研讨会。日本在应用研究方面也取得了不少成果。例如，日本

爱知大学的学者土桥喜等人将可视化技术应用于文献数据库，开发了“文献问题

构造可视化系统”。

第一章绪论

我国可视化技术的研究和应用在 20 世纪90 年代得到了发展，现在在一些单

项研究和应用方面，我国取得一些可喜的成果。随着“数字中国”、“数字长江”

“数字黄河”、“数字城市”等工程的进展，可视化技术得到了初步应用。我国首

例全数字化“可视人”已经诞生，使我国成为第三个拥有本国可视化人体数据集

的国家。在教育战线，远程教育，虚拟大学已开始采用可视化技术。但从整体上来

看，我国在可视化领域的研究和应用还处于起步阶段，与国外先进水平有很大的

差距。

对于虚拟现实技术，美国是它的发源地，美国的虚拟现实技术研究水平基本

上代表了国际虚拟现实技术发展的水平，其研究内容几乎涉及到从新概念发展

（比如虚拟现实的概念模型）、单项关键技术（比如触觉反馈）到虚拟现实系统

的实现及应用等关键虚拟现实技术的各个方面。NASA 于20 世纪80 年代初开始研

究虚拟现实技术，在空间站操纵的远程控制仿真方面做了大量深入的研究并取得

了部分成功，其中最著名的工作是对哈勃太空望远镜的控制仿真，现在正在进行

“虚拟行星探索”试验；美国北卡来纳大学在分子建模、航空驾驶、外科手术、建

筑仿真等方面处于世界领先地位；SRI 研究中心建立了“视觉感知计划”，研究

高级的虚拟现实技术，进行了基于 VR 技术在军用飞机或车辆驾驶训练方面的研

究，通过仿真来减少飞行事故。

在欧洲，英国的虚拟现实技术的研究与开发的某些方面如分布式并行处理、

辅助设备（触觉反馈设备等）设计、应用研究方面在欧洲是领先的，在德国，以

德国FHG-IGD 图形研究所和德国计算机技术中心（GMD）为代表，主要从事虚

拟世界的感知、虚拟环境的控制和现实、机器人远程控制、虚拟现实在空间领域的

应用、宇航员的训练，分子结构的模拟研究等。

在亚洲，日本的虚拟现实研究发展十分迅速，其虚拟现实技术研究也是居于

领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模虚拟现实知识库的研究。

我国的虚拟现实技术起步较晚，与发达国家存在很大差距，但已引起我国政

府有关部门和科学家们的高度重视。“九五”攻关计划、国家 863 计划、国家自然

科学基金会等都把虚拟现实技术的研究列入了资助范围。我们国内的一些院校和

科研单位，陆续开展了虚拟现实技术的研究。

§1.4 本文主要研究内容

本文主要是研究分析可视化和虚拟现实技术的理论及其如何应用，并根据其

基本原理和特点，开发破碎机产品结构可视化信息管理系统。本结构可视化信息

管理系统主要通过对eDrawings，Vega 的二次开发来实现三维显示的功能，并对

破碎机产品的结构信息进行整理，并用数字图形化直观的显示出来，可以展示产

品的三维虚拟样机、部件、零件，还有产品的装配和拆解过程动画，并包含了产品

的材料、性能、维护等各种数据，通过本可视化系统，能让客户或者员工在短时间

内了解产品的外形，结构，工作原理，产品数据，方便了客户以及员工对产品的

了解，给企业展示自己的产品带来新的快捷的方便的方法，满足企业的需求。

其中，具体实现方法如下所述：

1．用Solidworks 2007 进行三维建模，根据其工艺过程进行装配。。

2．用Solidworks 2007 中的 Animator 插件进行产品的装配和拆解过程的动画

的制作，在完成后导出为media player 播放器能够辨认的音频格式avi 或者 mpg。

产品结构可视化信息管理技术研究

3．对圆锥破碎机结构信息资料进行整理，数字化。

4．对eDrawings 进行二次开发，在程序中进行调用，实现三维显示。

5．对Vega 进行二次开发，在程序中进行调用，实现三维显示。

6．用VC++构建程序框架，把已经完成的运动过程的虚拟仿真和爆炸过程的

仿真动画，产品数据资料整合到程序中显示出来。完成以后，能够在任何一台计

算机上进行演示。

第二章可视化

§2.1 可视化技术的内涵

§2.1.1 可视化系统的概念

可视化[1, 2, 3]（Visualization）是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转

换成图形或图像并在屏幕上显示出来，进行交互处理的理论、方法和技术。它涉及

到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域（如图2-

1），成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。

图 2-1 可视化技术

可视化技术使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，和

计算机直接交流。这种技术已经把人和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以

统一，这种革命性的变化无疑极大地提高人们的工作效率。可视化技术赋予人们

一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力，这样人们可以在三维图形世界中

用以前不可想象的手段来获取信息或发挥自己创造性的思维。机械工程师可以从

二维平面图中得以解放直接进入三维世界，从而很快得到自己设计的三维机械零

件模型。医生可以从病人的三维扫描图象分析病人的病灶。军事指挥员可以面对用

三维图形技术生成的战场地形，指挥具有真实感的三维飞机、军舰、坦克向目标开

进并分析战斗方案的效果。可视化技术作为现代计算机领域的一门前沿学科在世

界各国得到广泛关注。

§2.1.2 可视化技术的分类

可视化作为一个学科分支起源于美国的国家科学基金会（NSF）发表的《科学

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摘要：

目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论.....................................................................................................................1§1.1课题来源.............................................................................................................1§1.2课题研究的背景、目的、意义...............................

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