GOALI: A Hybrid Method to Support Natural Interaction of Parts in a Virtual Environment

GOALI:支持虚拟环境中部件自然交互的混合方法

基本信息

  • 批准号:
    0928774
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-08-15 至 2013-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this GOALI award is to develop and evaluate methods to support natural human interaction with digital CAD models with a focus on simulating manual assembly tasks in an immersive virtual environment. A hybrid method is developed which combines voxel-based collision detection and haptic rendering with enforcement of geometric constraints. An intelligent algorithm to manage the tradeoffs between the voxel-based collision detection and the enforcement of geometric constraints is a key component of this research. Evaluation will include both controlled experiments with students and a protocol analysis of the impact of the system on John Deere employees. The affordance of physical assembly provided by the virtual environment and the potential impact this capability has on the work actions of John Deere engineers will be examined. The participation of the Deere employees is a key component of this research as the system's application to a real-world manufacturing context could not be assessed without the active participation and close collaboration of our industrial collaborators. If successful, the results of this research will have significant impact on engineering design and manufacturing. It will open many doors for the use of virtual reality as a product prototyping tool. In the design process, for example, design for assembly relies on designing to accommodate an operator?s ability to use tools, position components, attach parts, and reorient assemblies. All of these actions rely on humans interacting naturally with product geometry. Faster, easier prototyping through natural interaction with CAD models is a key component for achieving better product designs at reduced cost. Design for maintenance and training will also be positively impacted by this research. The results of the research will be disseminated broadly through journal papers, conference presentations, and demonstrations at technical meetings. Outreach in the form of hands-on demonstrations and workshop activities are planned for K-12 students through collaborations with the Program for Women in Science and Engineering and the Society of Women Engineers student section. Women and underrepresented groups will be recruited as part of the research team through partnerships with an existing ISU NSF Alliance for Graduate Education and the Professoriate program and an ISU NSF Research for Undergraduates Site program.
该奖项的研究目标是开发和评估支持人类与数字CAD模型的自然交互的方法,重点是在身临其境的虚拟环境中模拟手动装配任务。提出了一种基于体素的碰撞检测和触觉渲染与几何约束增强相结合的混合方法。一种智能算法来处理基于体素的碰撞检测和几何约束的实施之间的权衡是本研究的关键部分。评估将包括对学生进行的受控实验,以及对该系统对John Deere员工的影响的协议分析。将研究虚拟环境提供的物理组装的负担,以及这种能力对John Deere工程师的工作行动的潜在影响。迪尔员工的参与是这项研究的一个关键组成部分,因为如果没有我们行业合作伙伴的积极参与和密切合作,就无法评估该系统在现实世界制造环境中的应用。如果研究成功,本研究成果将对工程设计和制造产生重大影响。它将为虚拟现实作为产品原型工具的使用打开许多大门。例如,在设计过程中,面向装配的设计依赖于设计以适应操作员S使用工具、定位零部件、附加零件和重定向装配的能力。所有这些行为都依赖于人类与产品几何图形的自然互动。通过与CAD模型的自然交互,更快、更容易地制作原型是以更低的成本实现更好的产品设计的关键组件。这项研究也将对维护和培训的设计产生积极影响。研究结果将通过期刊论文、会议报告和技术会议上的演示广泛传播。通过与科学和工程妇女方案和女工程师协会学生小组的合作,计划以动手演示和讲习班活动的形式为K-12学生开展外联活动。女性和代表性不足的群体将通过与现有的ISU NSF研究生教育联盟和教授计划以及ISU NSF本科生研究站点计划的合作伙伴关系被招募为研究团队的一部分。

项目成果

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