[发明专利]一种用于虚拟三维零部件快速装配的吸附方法

说明书

技术领域

本发明涉及产品零部件装配方法，尤其是涉及到一种用于虚拟三维零部件快速装配的吸附方法。

背景技术

装配是产品设计和制造的重要环节，产品的装配性能直接影响产品设计和制造的成本，据统计，产品的装配费用约占整个生产成本的20%～50%（刘检华，姚裙，宁汝新.虚拟装配工艺规划实现技术研究.机械工程学报.2004，40(6):138-143.）。装配设计的目标是通过改进和重新规划产品设计来提高产品装配工艺的质量和效率，降低产品的制造成本。装配设计包括装配线规划、装配布局规划、装配顺序规划、装配路径规划和工装夹具设计等。虚拟装配（Virtual Assembly，简称VA）是虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术在CAD/CAM领域的重要应用之一。采用虚拟装配技术，无需产品或支持过程的物理实现，通过分析并建立产品的装配模型，利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工程决策，实现产品装配过程的计算机验证、可装配性能分析、装配后主要技术参数预测和装配方案优选、装配过程中人的因素影响分析等（见Sankar Jayaram,Hugh I Connacher,Kevin W Lyons.Virtual Assembly Using Virtual Reality Techniques.Computer-Aided Design.1997,6(8):575-584）装配操作过程中的人机交互是进行虚拟装配研究的面临的首要问题，开展虚拟装配研究必须建立一个适合所研究内容的、包含相关设备的人机交互系统。

对场景的导览和物体的操纵是三维应用所须具备的基本操作，在虚拟装配中这些操作尤为频繁。然而传统的基于鼠标的虚拟物体操控方法通常比实际生活中直接操控现实物体所花费的时间要多得多（详见Colin Ware and Jeff Rose.Rotating virtual objects with real handles.ACM Transactions on Computer-Human Interaction,6(2):162–180,1999.）。由于提供了更高的自由度以及力反馈的触感，触觉反馈设备在三维导览和操控的相关应用，如三维彩绘等（Arthur D.Gregory,Stephen A.Ehmann,and Ming C.Lin.intouch:Interactive multiresolution modeling and3d painting with a haptic interface.In Proceedings of the IEEE Virtual Reality2000Conference,page45,2000.），受到了广泛的欢迎。然而这种方式不够直观，跟真实世界中人们所习惯的操纵物体方式仍然有着较大的区别。多点触屏设备的出现则提供了一种灵活而自然的三维导览和物体操纵方式（见Kenrick Kin,Tom Miller,Bjorn Bollensdorff,Tony DeRose,Bjorn Hartmann,and Maneesh Agrawala.Eden:a professional multitouch tool for constructing virtual organic environments.In Proceedings of ACM SIGCHI,pages1343–1352,2011.），然而这种方式本质上仍然是二维的。总而言之，已有的对三维场景导览和操纵的方式仍然存在着不够直观、操控繁琐等问题，尤其对于虚拟装配这种精确度要求比较高的应用问题特别严重。

在很多图形操作软件中都提供有吸附(Snapping)功能可以讲绘制中（移动中）的形体自动吸附到特定的位置（如网格点）或其他物体边上。这种吸附功能极大地减轻了用户进行精确定位的繁琐操作。一些学者将这种吸附的功能延伸到三维自由形体的操作上极大的方便了三维模型的编辑操作（见Sharf,A.,Blumenkrants,M.,Shamir,A.,And Cohen Or,D.2006.SnapPaste:an interactive technique for easy mesh composition.The Visual Computer22,9,835–844.）。然而由于人造物体跟自由形体的不同特点，这样的功能并无法直接推广应用到三维零部件的虚拟装配上。

发明内容

本发明的目的在于针对现有虚拟装配的交互方式存在的不直观、操作繁琐、难以精确定位等问题，提供可改善虚拟装配的效率和质量的一种用于虚拟三维零部件快速装配的吸附方法。