虚拟装配(VirtualAssembly，VA)是虚拟现实技术的典型应用之一，它通过虚拟装配来检查零/部件之间的装配关系，如可达性、顺序性、方向性、干涉隋况等等，以评价产品装配性能虚拟装配系统中，操作者可以借助数据手套、力反馈装置等VR外设，以虚拟手(有时利用虚拟工具)操纵零/部件进行产品的虚拟装配，分析评价产品的装配性能或进行装配工艺规划。这需要对虚拟环境中的零/部件运动进行引导，通常的做法是通过自动约束别与用户交互意图的捕捉。Kitamura等研究了导航触发器和运动修正，动态识别约束条件.基于实体的约束进行定位求解。

　　集成虚拟装配系统(Integrated Virtual AssemblyEnvironment，IVAE)是上海交通大学承担的“UNIX环境下VR系统关键技术研究及应用系统开发”课题的子项目之一。目标是建立一个集成化的虚拟装配环境。

　　1 虚拟装配基本操作流程

　　1.1 虚拟装配基本操作流程简述借助外设PinchGlove与FOB，虚拟手在VE中即可对虚拟零/部件进行操作。装配操作宏观的基本流程如图1，该过程中：

　　(1)用户可切换控制读取FOB信号数据驱动虚拟手;

　　(2)系统检测用户的抓取信号，分析虚拟手接触到的零件的装配状况，若属于同一个已装配好的子装配(或为单个零件).则抓取成功，否则抓取失败：

　　(3)FOB信号驱动虚拟手，虚拟手按照运动传递规则带动所抓取的整个零/部件移动;

　　(4)系统动态检测所抓零/部件(主动体)与目标装配体之问的相关装配约束，并显示捕捉到的约束;

　　(5)用户确认该约束，系统调整整个主动体位姿以满足约束要求;

　　(6)约束作用下，主动体的运动不再完全由虚拟手驱动，而是在约束作用下进行导航运动;

　　(7)零/部件的运动过程中为避免干涉穿透现象出现，须进行碰撞检测与响应;

　　(8)随着约束依次地被确认.零/部件自由度逐渐减少，最后被定位，一次装配过程完毕。

　　1.2 相关数据结构简述

　　本文所用装配模型：零件模型采用精确模型(保存零件精确的儿何、拓扑信息)、面片模型(含有面片信息、局部坐标信息等)和凸包模型(含有凸包信息等，用于碰撞检测计算)描述。采用装配树表达装配成员间关系。IVAE中c++语言描述的装配体类中：AsmtName，装配体名;ASMID，装配体ID;FartherASMID.所属父装配ID;IsAsmFinish，装配完成标志;AssSphere，子装配体的包围球。儿何约束主要记录约束类型和参数、约束完成状态、约束所属层次等信息。在c++描述的约束类中：

　　ConstraintlD，约束ID;ConstraintType，具体的几何约束类型;ConstraintPara，约束的儿何参数;

　　IsConfirm，约束确认标志;ConstraintLevel，约束层次，为装配树上某子装配ID。

　　2 基于虚拟手的装配逻辑

　　2.1虚拟手抓取零/-~rl件过程

　　IVAE的交互操作支持对零件和子装配体的装配操作。虚拟手抓取零/部件过程中，系统处理过程如下。

　　(1)首先检测虚拟手碰撞模型与VE中零件碰撞模型的接触，若未检测到有接触，则抓取失败;否则获得一组零件碰撞模型lD.

　　(2)结合零件模型库，获得该组碰撞模型对应的精确模型ID。对于其中每一精确零件模型.根据装配体对象的IsAsmFinish标志.逐层向上层查找.直至找到已装配好的一个最高层子装配。比较这些最高层子装配，若为同一子装配，则它即为拾取到的对象(记为picked—Ass)，否则抓取失败。

　　(3)生成主动体链表、待捕捉约束链表和目标零件链表等。1VAE L}|，picked—Ass的直接父节点(记为op—Ass)称为操作层子装配 op— Ass的其它直接装配成员称为picked—Ass的同层装配体。遍历picked_ Ass可得其所有叶子节点(零件)，分析这些零件上约束的约束层次标志(ConstraintLeve1)，可找出本次操作相关的约束，存入待捕捉约束链表。

　　还须求解计算此时各零件相对于子装配基准坐标系的相对位姿矩阵。比如，对于零件A，可获取其在VE中位姿矩阵 ，设子装配的基准坐标系的位姿矩阵为 ，则可知零件A在子装配基准坐标系下的位姿矩阵M ：M . 。

　　(4)记录虚拟手与子装配体的相对位姿矩阵。设虚拟手全局位姿矩阵为M ，由于子装配的基准坐标系位姿矩阵为M ，得：子装配在虚拟手坐标系下的相对位姿阵为：MH B=M ·MH。

　　(5)根据主动体链表中各零件ID，查找它们对应的显示模型和碰撞模型，激活必要的碰撞检测对。

　　2.2 虚拟手移动与装配零店I5件过程

　　在虚拟手驱动零/部件移动后，系统响应涉及以下几个主要问题。

　　(1)虚拟手抓住零/部件后，虚拟手驱动零/部件的方式。虚拟手在飞行状态下以及抓取零/部件自由移动时，数据手套FOB信号对虚拟手的驱动采用增量驱动方式：设M 为FOB上一帧结束时的全局位姿矩阵，M 为其本帧的全局位姿矩阵，M 。为虚拟手上一帧结束时的全局位姿，则FOB的增量矩阵为M，=M MP～;IVAE假定一帧中虚拟手的位姿增量与数据手套上FOB的位姿增量相同，由此，虚拟手在这一增量驱动下的新位姿为M =M，.M 。。当某零件(或子装配体)被虚拟手抓取以后，IVAE的处理方式是：将他们(虚拟手和子装配)的相对位姿固结。首先，求解子装配的基准坐标系的新位姿矩阵，M =M 一 ·M ;然后，求得子装配运动到新位姿后，其上各个零件的位姿矩阵。仍以零件A为例，M =MR·M 。这样，整个子装配就在虚拟手的驱动下自由运动。