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虚拟样机技术属于计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，简称为：CAE)的一个分支，采用计算机仿真与虚拟技术，通过CAD(Computer Aided Design，简称为CAD）、CAM(Computer Aided Manufacture，简称为：CAM)、CAE技术把产品的数据集成到一个可视化环境中，对产品的设计与工作情况进行仿真。采用虚拟样机技术能缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本。
论文以仪器仪表为研究对象，在深入分析顾客需求的基础上，对虚拟样机技术在仪器仪表计算机辅助工业设计(Computer Aided Industrial Design，简称为：CAID)中的理论与应用技术进行了研究，提出了面向CAID的仪器仪表虚拟样机的框架模型，对其中的虚拟样机渲染技术、虚拟样机网络交互平台、三维电子白板技术进行了重点研究，并开发出仪器仪表虚拟样机的原型系统。
论文主要进行以下几项研究工作：
(1) 在对仪器仪表行业内工业设计需求分析的基础上，提出并建立了面向CAID的仪器仪表虚拟样机的总体框架和结构模型。
(2) 对仪器仪表虚拟样机的渲染技术进行了研究。通过对仪器仪表效果渲染实现方案的对比，选择了适合渲染技术发展趋势的仪器仪表渲染引擎开发工具，提出了八叉树空间分割法在GPU上实现纹理贴图的改进算法，采用了视口（Portal）技术和BSP（Binary Space Partitioning，简称为：BSP）相结合的背面去处算法，改进了光能辐射度求解算法并和逐步求精的方法相结合实现了仪器仪表数字模型的渲染。渲染引擎采用了针对图形适配器硬件的高级图形C语言和基于OpenGL的编程技术实现仪器仪表虚拟样机的可视化，生成最终产品效果图。
(3) 研究了三维电子白板的相关技术，提出了固化渲染环境，固化光源材质参数的方法，来保证仪器仪表的实时光照的显示效果。完成了三维电子白板的实时性光照浏览器设计，使得多名异地设计者可以同时交互的观察同一个设计对象，并且通过模型格式的转换，实现了异地设计者对设计同一对象的设计思想交流。
(4) 研究并建立了虚拟样机的可视化原型系统，提出了基于Internet网络的仪器仪表虚拟样机交互平台的框架，设计并构建了仪器仪表虚拟样机协同设计平台原型系统。