CN101620746A - 一种基于vrml-java的虚拟三维模型手动装配方法 - Google Patents

一种基于vrml-java的虚拟三维模型手动装配方法 Download PDF

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一种基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法,依次有以下步骤:1)建立零件3D模型及其渲染模型;2)定义VRML装配模型;3)确定装配组及所含零件、零件个数:4)确定零件装配顺序:5)选择装配顺序正确的零件:6)动态调用零件节点:7)确定零件手动移动干涉范围:8)在VRML场景中三维方向手动移动零件:9)监听零件当前位置状态:10)确定零件装配位置正确:11)完成所有零件装配。可以克服对实物样件的依赖,有效地提高零件装配设计效益,具有异地协同手动装配零部件、碰撞干涉检测、装配正确信息提示以及增强零件外形真实感的功能;可以从任意方位观察、在三轴方向随意手动移动零件进行装配或拆卸。

Description

一种基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法技术领域本发明涉及零件模型装配,尤其是涉及一种基于VRML-JAVA的虚拟 三维模型手动装配方法。背景技术在网络环境下对真实感增强的零件模型进行手动虚拟装配,为设计者 提供具有交互性的三维虚拟场景,以便从任意方位观察和随意操纵装拆任 何零件,是工程设计的重要环节之一。然而,在现有基于网络环境下的虚 拟装配过程中,设计者只是对零件进行碰撞干涉检测,按零件装配顺序生 成零件装配的动画演示,人机交互功能不强。有些虚拟零件装配模型无法 达到真实模型外形,真实感不强,无法让设计者感受处于虚拟装配环境中; 有些虚拟零件模型具有三维方向移动功能,但它是通过JAVA控制条控制 移动零件模型,不能实现在虚拟场景中直接手动移动功能;有些虚拟零件 模型具有手动移动功能,但不能实现三维方向的手动移动,也不能提示零 件装配正确位置。发明内容本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足,设计一种基 于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法,这是一种在基于TCP/IP 协议的网络中通过在用户端PC机配置JAVA和VRML表示文件后由设计者与设计环境以人机交互方式实现的手动装配方法,可以在网络环境下, 实现机械三维零件模型异地协同虚拟装配。本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。这种基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法,依次有以下步骤:1) 建立零件3D模型及其渲染模型 包括以下子步骤:1*1根据零件实际尺寸反求建立零件3D模型;1*2利用UVW纹理坐标展开和烘焙技术处理,形成零件内外部纹理 光照贴图,提高零件模型的真实感;2) 定义VRML装配模型利用VRML自带外部接口将纹理3D模型转换成VRML格式模型, 将纹理光照贴图图片和零件3D模型保存在一个文件夹里;3) 确定装配组及所含零件、零件个数4) 确定零件装配顺序建立零件装配顺序错误信息提示,关键代码如下: 〃定义一个标记点,赋予flag—个当前值0 int flag=0;〃定义零件装配顺序,建立顺序错误信息提示 public void int() { this.add(bl); this.add(promtl ,null)} promptl.setText ("错误!装配顺序出错!请先完成前面的装配步骤!")5) 选择装配顺序正确的零件如果选择零件的装配顺序正确,进入下一步骤;如果选择零件的装配 顺序不正确,则重新选择零件;6) 动态调用零件节点利用JAVA和VRML的EAI接口 getNode()、 getEventln()函数,动态调用各零件节点,并动态加入零件节点和控制节点间的路由,关键代码如下:〃声明浏览方法browser=Browser,getBrowser(this);〃定义浏览的实例parentFrame来找到VRML文件中parentNode节点 的位置,以存放调用的模型parentFrame=browser.getNode("parentNode"); partsFrame=browser.getNode("parts");addEvent=(EventInMFNode) parentFrame.getEventIn("addChildren");〃调用VRML模型Vrmlcode n="Inline {mi\"\,,}";Trans l=browser.createVrmlFromString(vrmlcode n);〃给模型及其PlaneSensor节点动态添加路由Browser.addRoute(Plane,"translation—changed",Trans,,,translation");7) 确定零件手动移动干涉范围确定各零件手动移动干涉长方体包围框,即确定长方体对角点坐标 (xl,yl,zl)和(x2,y2,z2),关键代码如下:Plane n=browser.create VrmlFormString("DEF myPlane n PlaneSensor7yl zl" +" mixPosition x2 y2 z2" });8) 在VRML场景中三维方向手动移动零件在VRML场景中利用平面传感器planesensorU实现三维方向手动移 动零件,包括以下子步骤:8*1由VRML的平面传感器节点实现X、 Y轴手动移动零件;8*2实现在z轴方向手动移动零件,需将零件节点和平面传感器节点 绕X轴旋转90。,关键代码如下:DEF plane一z Transform";〃用于存放Z方向移动的零件Children [ DEF parts Transform {}];〃将plane—z的子坐标系旋转90° ,包含PlaneSensor传感器以及parts零件节点在内Rotation {1 0 0 1.571 };9) 监听零件当前位置状态利用JAVA的监听函数EventOutObserve()、 callback()监听零件当前位置状态,反馈到控制平台,关键代码如下:〃定义监听函数myObserver myOB =new myObserver(); my OB • init(bro wser,Trans 1 [0] ,prompt3 ); 〃定义对Transl节点的监听方法Trans 1 [0] .getEventOut("translation").advise ((EventOutObserver) myOB,(Object) prompt2);〃监听零件{;public void callback(EventOut who, double when, Object which) {;〃定义tmp的数值类型并声明调用方法Float tmp[]=((EventOutSFVec3f)(_myTrans.getEventOut("translation"))).getValue ();〃通过对零件translation节点的监听,获取tmp数组的数组以实时显示零件的当前坐标((Label) which).setText ("物体坐标:("+ DFormat.format(tmp[O]) + "," + DFormat.format (tmp[l]) + ", " + DFormatformat(tmp[2]) + ")");10)确定零件装配位置正确当零件移动到指定正确位置后,反馈装配正确信息,同时消除零件节 点和控制节点的路由,关键代码如下-〃通过零件的当前坐标判断零件是否装配正确 if (tmp[0]==0 && tmp[l]==0 && tmp[2]==0) (showInfo.setText("零件装配正确");〃当零件装配正确时,赋予flag—个当前值+l的数值,使下一步装配 得以进行 flag=l;〃当零件装配不正确时,返回至步骤8)手动移动零件,直至零件装 配正确后,再进入下一步骤;〃删除当前零件PlaneSensor的路由,使零件固定在装配正确的位置上 browser. deleteRoute(Plane [0], "translation—changed" ,Trans 1 [0], "translation");delEvent. setValue (n 1); addEvent.setValue (n2); 11)完成所有零件装配当手动正确装配零件个数达到步骤3)确定的零件个数时,反馈装配操作完成信息,关键代码如下:if(flag=n),其中n是步骤3)确定的零件个数; { promptl .setText ("装配已全部完成! ")}。本发明与现有技术相比具有以下有益效果:设计者采用本发明方法可以克服对实物样件的依赖,在与实际装配环 境更加接近的网络环境下以人机交互方式实现机械三维零件模型异地协 同手动虚拟装配,有效地提高零件装配设计效益,本发明方法具有异地协 同手动装配零部件、碰撞干涉检测、装配正确信息提示,以及增强零件外形真实感的功能;设计者可以从任意方位观察、在三轴方向随意手动移动 零件进行装配或拆卸。此外,本发明方法使用的虚拟三维模型手动装配系 统,具有文件小,平台兼容性好的优点。附图说明图1是本发明具体实施方式的流程图;图2是本发明的具体实施方式的手压阀的3D示意图;图3是图2手压阀的填料的3D模型;图4是图2手压阀的填料压盖的3D模型;图5是图2手压阀的压盖螺母的3D模型;图6是图5的压盖螺母的光照纹理渲染图; 图7是带有光照纹理的压盖螺母的3D示意图;图8是图4的填料压盖装配顺序正确的提示实时显示; 图9是图4的填料压盖装配顺序错误的提示实时显示;图10是图4的填料压盖手动移动时的坐标实时显示。具体实施方式下面对照附图并结合手压阀的具体手动装配对本发明作进一步的说明。这种手压阀需要手动装配的零件共有15个,按照装配顺序是弹簧座、弹簧、阀杆、填料、填料压盖、压盖螺母、托架、螺钉l、销钉l、螺钉2、销钉2、套筒、小轴、开口销和手柄。下面以其中的填料、填料压盖 和压盖螺母为例,具体说明虚拟三维模型手动装配。如图l所示的一种手压阀的虚拟三维模型手动装配方法,步骤如下:1) 建立手压阀零件3D模型及其渲染模型。根据手压阀的实际尺寸,建立手压阀各个零件的3D模型及其装配模 型,图3~5分别是填料、填料压盖和压盖螺母的3D模型;然后进行UVW 纹理坐标展开,利用烘焙技术形成如图6的压盖螺母的带有纹理和光照的 渲染图片,再将零件内外部贴图融合在所述图片上,实现零件内外部纹理 光照同时贴图成如图7的带有纹理的压盖螺母,以增强零件模型的真实 感;2) 定义VRML装配模型禾廿用VRML自带外部接口实现手压阀纹理3D模型转换成VRML格 式模型,同时将手压阀光照纹理贴图图片和手压阀零件3D模型放在一个文件夹里;3) 确定手压阀手动装配零件及零件个数通过具体零部件实际个数确定手压阀手动装配零件个数为如下15 个:a弹簧座;b弹簧;C阀杆;d填料;e填料压盖;f压盖螺母;g托架; h螺钉l; i销钉l; j螺钉2; k销钉2; 1套筒;m小轴;n开口销;O手 柄;4) 确定手压阀手动装配15个零件的装配顺序根据拆卸法和具体零部件结合分析确定手压阀的装配顺序如下:a—b —c—d—e—f—g—h—i—j—k—1—m—n—o,关键代码如下: 〃定义一个标记点,赋予flag—个当前值O int flag=0;〃定义零件装配顺序,建立顺序错误信息提示 public void intO {this.add(al);this.add(b2);this.add(promtl ,null)}this.add(promt2,null)}promptl.setText("错误!装配顺序出错!请先完成前面的装配步骤!")5) 选择装配顺序正确的零件如果选择零件的装配顺序正确,进入下一步骤;如果选择零件的装配 顺序不正确,则重新选择零件;如进行e填料压盖零件装配时,图8为装 配顺序正确选择填料压盖的提示实时显示。装配顺序正确,进入下一步骤 装配;而图9为装配顺序错误选择压盖螺母的提示实时显示。装配顺序错误,则重新选择零件;6) 动态调用零件节点利用JAVA和VRML的EAI接口 getNode()、 getEventln()函数,动态调用手压阀各零件节点,并动态加入造型节点和控制节点间的路由,其中压盖螺母动态添加的关键代码如下:〃声明压盖螺母浏览方法browser=Browser.getBrowser(this);〃定义浏览的实例parentFrame来找到VRML文件中parentNode节点 的位置,以存放调用的压盖螺母模型parentFrame=browser.getNode("parentNode"); partsFrame=browser.getNode("parts");addEvent=(EventInMFNode) parentFrame.getEventIn("addChildren"); 〃调用压盖螺母VRML模型 vrmlcode6="Inline {url\"yglm.wrl\"}"; tj=browser.createVrmlFromString(vrmlcode6);Plane6-browser,createVrmlFromString("DEF myPlane6 PlaneSensor {"+"offset 0 -8 0"+"maxPosition 0 0 0"+"minPosition 0-80}"); 〃定义压盖螺母Transform节点用于存放零件 Trans6=browser.createVrmlFromString(vrmlcode); vrmlcode="DEF yglmTrans Transform {translation 0-8 0}"; 〃给压盖螺母模型及其PlaneSensor节点动态添加路由 Browser.addRoute(Plane6,,,translation—changed,,,Trans6,"translation,,);7) 确定零件手动移动干涉范围根据手压阀各零件尺寸、结构确定手压阀各零件手动移动干涉长方体包围框范围,确定长方体对角点坐标(xl,yl,zl)和(x2,y2,z2),其中填料 的手动移动范围是根据其实际尺寸确定长方体对角点坐标,其关键代码如 下:〃 (xl,yl,zl) = (-18,0,0), (x2,y2,z2)=(-22,0,0)Plane l=browser. create VrmlFromString("DEF myPlanel PlaneSensor ("+"offset -18 0 0"+ "maxPosition -18 0 0"+"minPosition -22 0 0}");8) 在VRML场景中三维方向手动移动零件在VRML场景中利用平面传感器planesensorU实现三维方向手动移 动零件,包括以下子步骤:8*1由VRML的平面传感器节点实现X、Y轴手动移动压盖螺母零件;8*2实现在z轴方向手动移动压盖螺母零件,需将零件节点和平面传 感器节点绕X轴旋转90。,其中关键代码如下:DEF plane—z Transform {}〃用于存放压盖螺母Children [ DEF parts Transform {}]; 〃将plane_z的子坐标系旋转90° ,包含压盖螺母的PlaneSensor传感器以及其零件节点在内。 Rotation( 1 00 1.571 };9) 监听零件当前位置状态利用JAVA的监听函数EventOutObserve()、 callback()监听零件当前位 置状态,反馈到控制平台,图IO是填料压盖手动移动时的坐标实时显示, 其关键代码如下:〃定义填料压盖监听函数myObserver5 myOB5 =new myObserver5();my OB 5. init(browser,Trans6 [0] ,prompt8);Trans6[0].getEventOut("translation").advise((EventOutObserver)my OB 5,(Object) prompt2);〃定义对Trans6节点的监听方法Trans6[0].getEventOut("translation").advise((EventOutObserver)myOB,(Object) prompt6);〃监听填料压盖server5 implements EventOutObserver{ EventlnSFVec3f trans;float[] tmpTrans;Node —myTrans;DecimalFormat DFormat;Label showlnfo;public void init(Browser browser, Node myTrans, Label lbl) { _myTrans=myTrans;//数值格式化DFormat = new DecimalFormat("##0.#"); showInfo=lbl; }public void callback(EventOut who, double when, Object which) {〃定义tmp的数值类型并声明调用方法Float tmp[]=((EventOutSFVec3f)组以实 时显示零件的当前坐标((Label) which).setText ("物体坐标:("+ DFormat.format(tmp[l]) + "," + DFormat.format(tmp[O]) + ", " + DFormat.format(tmp[2]) + ")");10) 确定零件装配位置正确当手压阀零件移动到指定正确位置,包括零件间的面面配合位置、轴 孔配合位置、面面平齐位置后,反馈装配正确信息,同时消除零件节点和控制节点的路由,关键代码如下:〃通过压盖螺母的当前坐标判断压盖螺母是否装配正确if (tmp[0]==0 && tmp[l]==0 && tmp[2]=0) {showInfo.setText ("压盖螺母装配正确"); b6.setBackground(Color2);〃当压盖螺母装配正确时,赋予flag—个当前值+l的数值,使下一步 装配得以进行 flag=6;〃删除当前压盖螺母PlaneSensor的路由,使压盖螺母固定在装配正确 的位置上browser.deleteRoute(Plane5 [0], "translation—changed" ,Trans6 [0] /'translation"); delEvent.setValue (ft 1); addEvent.setValue (ft2);11) 完成所有零件装配当手动正确装配零件个数达到步骤3)确定的零件个数15时,反馈装配操作完成信息,关键代码如下:if(flag=n),其中n是步骤3)确定的零件个数; { promptl .setText ("装配已全部完成! ")}。以上内容是结合具体的实例实施方式对本发明所作的进一步详细说 明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替 代或明显变型,而且性能或用途相同,则应当视为属于本发明由所提交的 权利要求书确定的保护范围。

Claims (10)

1、一种基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法,其特征在于: 依次有以下步骤: 1)建立零件3D模型及其渲染模型; 2)定义VRML装配模型; 3)确定装配组及所含零件、零件个数; 4)确定零件装配顺序; 5)选择装配顺序正确的零件; 6)动态调用零件节点; 7)确定零件手动移动干涉范围; 8)在VRML场景中三维方向手动移动零件; 9)监听零件当前位置状态; 10)确定零件装配位置正确; 11)完成所有零件装配。
2、 根据权利要求1所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于:所述步骤l)包括以下子步骤:1*1根据零件实际尺寸反求建立零件3D模型;1*2利用UVW纹理坐标展开和烘焙技术处理,形成零件内外部纹理 光照贴图,提高零件模型的真实感。
3、 根据权利要求1或2所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法,其特征在于:所述步骤2)是利用VRML自带外部接口将纹理3D模型转换成 VRML格式模型,将纹理光照贴图图片和零件3D模型保存在一个文件夹 里。
4、 根据权利要求3所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于:所述步骤4)还包括建立零件装配顺序错误信息提示。
5、 根据权利要求4所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于:所述步骤6)是利用JAVA和VRML的EAI接口 getNode()、getEventln() 函数,动态调用各零件节点,并动态加入零件节点和控制节点间的路由。
6、 根据权利要求5所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于:所述步骤7)是确定各零件手动移动干涉长方体包围框,即确定长方 体对角点坐标(xl,yl,zl)和(x2,y2,z2)。
7、 根据权利要求6所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于:所述步骤8)是在VRML场景中利用平面传感器planesensorU实现三维方向手动移动零件,包括以下子步骤: 8*1由VRML的平面传感器节点实现X、 Y轴手动移动零件; 8*2实现在z轴方向手动移动零件,需将零件节点和平面传感器节点绕X轴旋转卯。。
8、 根据权利要求7所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装配方法,其特征在于:所述步骤9)是利用JAVA的监听函数EventOutObserve()、 callback()监听零件当前位置状态,反馈到控制平台。
9、 根据权利要求8所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于:所述步骤10)是当零件移动到指定正确位置后,反馈装配正确信息, 同时消除零件节点和控制节点的路由。
10、 根据权利要求9所述的基于VRML-JAVA的虚拟三维模型手动装 配方法,其特征在于.-所述步骤11)是当手动正确装配零件个数达到步骤3)确定的零件个 数时,反馈装配操作完成信息。
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