1、基于网络的三维虚拟现实模型产品设计的系统方法摘要网络上的协作学习要求较高的实时性、平台独立性以及其要求与模型同步，国此被认为是复杂的和难以达到的。为了满足协作学习的要求，基于 VRML 的虚拟装配的解决方法被提出来了。为了使基于互联网的协作学习可集成这些 VRML 文件的功能，本文首先从基本的集成模型（BAM）和以（TAM ）为主要目标的模型介绍了同步移动搜索算法去检索资料。然后，介绍的是一套装配三维虚拟现实模型的方法，并根据链接关系的系统规定参数实行约束。Gorazd 安顿(2003) 和秦(2004) 等人的大量研究表明，就基于虚拟现实建模语言模型组装配设计的可辅助性和可操作性而言，算法和
2、装配方法的优势就在于它们具有高效率和易于实现。另外，集中介绍了通过网络实现协作学习的方法。最后，列举了一些协作学习的虚拟集成系统的实例，阐明装配三维虚拟现实模型系统的方法。关键字：协作装配，虚拟现实，建模语言，装配方法1、导论1.1 协同装配的必要性近年来互联网技术的快速发展导致了协作性计算机辅助设计(CAD)系统的出现，其功能也开始面向个人；事实上，应该称之为非协作性计算机辅助设计(CAD)系统。随着全球市场的竞争的加剧，对制造商来说有能力迅速并且有效地生产更有竞争力的产品是他们存活的关键。在这种情况下, 产品设计必须由设计师进行分布式的设计和总体规划;因此，大部分工作都是建立在以网络为基础
3、之上的 1 .正如数据显示, 80 90%的产品的生产成本周期以前面 10 20%的设计阶段而定2,更确切地说,设计阶段支配了 70%的产品开发成本 3。2003 年 3 月的消费报告4 对产品的发展中存在的最显著的问题进行了比较和分析，并指出其中有 12%是因为缺乏沟通、 32%是因为缺乏资源而导致这些问题出现。很显然，集中资源去降低产品设计的成本和缩短时间是非常重要的。协同装配设计其目的是集中各种资源，通过全面的交流装配设计的知识和获得的经验，可以大大改善产品开发的质量5。这种大规模的设计模式可使模型设计师，总设计师，管理人员， 经销商和客户等，直接参与到产品前期开发中来。他们可预览数码产
4、品和集中规划安排来进行评价.设计师可以得到多角度的反馈信息，然后可根据这些信息对产品的设计进行即时的调整。这些措施可有效地提高设计的质量，缩短设计周期并降低开发的成本。实施集体合作的优势是可使不同区域上分散独立和不同类型的计算机辅助设计系统平台相兼容，我们可以将其总结划分为以下三个大类：（1）从多个协作设计师迅速反馈信息。及时反馈产品设计信息是非常重要的。设计的决策和发布不再是一个连续的过程，但在一定程度上是同步的。通过让设计师广泛地参与到设计和讨论中，设计过程中可以强化设计知识使其更广泛、更准确。同样,在设计模型的时候可仔细考虑装配结构、装配关系和装配手段。这有利于在所有并行设计参与者的设计
5、流程和设计内容的设计。协作装配的作用是避免在设计后阶段产生错误，或在大量生产中以缩短开发周期，并提高产品的质量。从而增强企业的竞争力。（2）支持多种设计工具。协同设计的主要目的是为了集中和充分利用现有的资源;因此一个协同设计系统应该支持不同的计算机辅助设计(CAD)系统功能，以便实现装配序列规划和分析了装配业务的复杂性。（3）多个用户可实时协同工作网络技术的迅速发展是协同设计的一个先决条件。可以在不同的空间可实现设计， 查看、修改和组装；主要的部分需要设计师分享他们的设计工作及迅速评论设计，使他们能够一起对主要问题作出抉择。在设计过程中以这种模型为基础的设计模式可以有效地减少失误。12 选择
6、VRML 的动机由于一些系统和模式已经提出实现协同装配，故实行协同装配是很有必要的。在一些解决方案中，使用桌面共享程序并不能令人全部满意。一些解决方案使用了当前 CAD 系统提供协作支持功能，但受到可操作性的文件格式的限制。而且，通过这种方式，企业在不同的 CAD 格式的模型库的一部分通常不能轻易地在一个 CAD系统合作成功。此外，在目前的 CAD 系统装配方法不能直接应用在协同装配中。一般来说，在目前的计算机辅助设计(CAD)系统中有两种三维建模方法：自下而上的方法6, 7和自上而下的方法8, 9。但是由于以下两种原因，这两种方法都不能直接用于实时协同装配建模10：(1)他们没有设计一种在同
7、一时间用来支持多个用户的装配模型。(2) 他们原先设计是一种整体数据结构，从而描述太具体以致于难适用于以因特网为基础的分布式协同设计。因此，在这里提出了一个合适的解决问题的方法。这是一个基于标准的解决方案，介绍了基于 VRML（虚拟现实建模语言）技术的协同设计领域。VRML 的是一个“描述多媒体在互联网上交互式三维文件格式 “11 ，允许计算机用户在互联网使访问和浏览三维虚拟环境。VRMl（虚拟现实建模语言）作为一个描述 3D 模型和行为的语言，十分适合基于网络虚拟仿真的开发。首先，VRML 是一个基于国际标准，并允许定义虚拟仿真的独立平台。第二，相对于其他 CAD 模型设计,虚拟现实提供了一
8、个更高的渲染技术水平以及小文件格式，使它可以格式运转更快和更方便。第三，VRML 的基本结构单元是节点。 VRML 有一个特殊的“嵌入式 ”节点，可以兼容互联网上其他的任意模型。它很适合作为一个程序集,与其它的程序一样它也需要参考其他部分。第四，运用虚拟现实语言来进行动画设计是非常自然逼真的。因此，集成设计可以很容易地用动画制作进行描述。最重要的是，大多数CAD（计算机辅助设计）系统，提供了输出标准的 VRML 格式模型的功能。在提出了对上述优点的背景下,虚拟现实建模语言被选为协同设计模型的载体。它有效地解决了在工程设计中以下问题：（1）由于网络带宽的限制，无法实时查看设计结果；（2）由不同的
9、计算机辅助设计(CAD)系统生成的模型不能同时实现；（3）基于模型的协同设计缺乏一个有效的载体;（4）现有的协作工具缺乏一个支持网络嵌入的三维环境。如上所述，一般基于 VRML(虚拟现实建模语言)的装配过程，是当设计师从不同编辑环境优先输出各种样式的 VRML 的格式的模型，然后通过互联网聚集在一个共同的环境之下。这种模式解决了系统兼容性问题，即模型同步和 CAD（计算机辅助设计）模型在协作装配中的兼容性问题。2突出问题虽然 VRML（虚拟现实建模语言）在协同设计中有上述的优势，但仍有一些缺点，因为它不是专为工程领域设计的。一些现有的 CAD（计算机辅助设计） 系统可以做一些 VRML（虚拟现
10、实建模语言）模型但不能修订或注释。这就给应用于工程协同设计时带来了一定的困难。这些问题可以概括如下：（1）缺乏专业的建模系统。基于 VRML (虚拟现实建模语言)产品图形大多形成三层关系。在 VRML 产品中没有记录特征信息的槽和孔,当进行协同装配时, 这些问题给信息特征的识别带来了一定的困难；（2）缺乏相关的信息参数。从 CAD（计算机辅助设计系统）输出基于 VRML 的文件并简化其描述过程时；会同时失去他们所有的参数信息。这在查询模型信息的时候常常引起不便。（3）组成的零件模型之间的信息联系不足。一个 VRML 模型文件只能表现每一个相对位置的模型,而且不能记录计算机辅助设计(CAD)系统
11、中的一些诸如轴链接或插槽链接集合类型的信息。上面提到的计算机辅助设计(CAD)系统的一些缺点给协同装配还来了困难。在虚拟现实的模型中主要是三维空间的结合，高标准之间的信息和特征并不能保存。因此，虚拟模型的集成再不能再限于其特征，只能在几何模型上控制实现。所以必须要完成一些起专门的工作去实现几何控制。如 Table 1 所示，这是一个 VRML 文件的标准格式，同时也是我们上面的论断的原因。Table 1 Content of a typical VRML fileDEF Cylinder02 Transform translation 0 0 0 #translation fieldrotat
12、ion 0.5774 -0.5774 0.5774 -4.189 #rotation fieldchildren Shape geometry DEF Cylinder02-FACES IndexedFaceSet # IndexedFaceSet nodecoord DEF Cylinder02-COORD Coordinate # Geometry shape nodepoint # points set0.6993 0 0.02198, #number 0 point0.6965 0 0.06584, #number 1point0.691 0 0.1095, #number 2point0.6828 0 0.1526, #number 3pointcoordIndex0, 1, 2, -1, #number 1 triangle patch1, 2, 3, -1, #number 2 triangle patch虚拟现实技术建模文件为那些复杂的零件采用先进的建模方法。它使用“面”节点来描述面形状，在三维空间中与节点相结合在一起可以展现任何类型的形状。“面”节点包含一个坐标领域，其中包含了一系列的三维点。各点的坐标领域可用于空间节点领域，使模型的表面三维化。使用这种建模方法，虚拟现实建模文件的大小几乎没有受到复杂性建模方法的影响。
