基于Web模式的3D装箱系统可视化关键技术及应用研究

摘要

随着我国市场经济的发展，全国的物流业面临前所未有的发展机遇，物流在经济发展中起着越来越重要的作用。集装箱运输作为现代物流配送中最常用的一种运输方式，其航运市场将持续繁荣。但是研究表明，当前集装箱运载存在利用率低、运用昂贵等诸多问题。为解决这些问题，众多学者从上世纪70年代开始研究装箱优化算法，与此同时，各种装箱优化软件应运而生。但美中不足的是，这些软件产品都局限于C/S模式，对客户端机器配置要求较高。在利用Web3D技术来支持集装箱智能装载相关研究领域，国内外还处于初级阶段，能够在立体装箱优化算法实现的基础上，让用户直观地看到货物在集装箱中的装载效果，并提供比较完善，便捷的手动操作功能，使用户能够对装箱方案进行手动微调的相关软件或者产品，国内外少之甚少，关于提高装箱软件可用性以及用户友好性方面的研究工作更是鲜有耳闻。
　　互联网的迅猛发展，使得Web3D技术成为未来的发展趋势。因此，研究Web模式下集装箱装载的3D可视化技术以及手动操作的人机交互技术，开发一款基于Web模式的，具有良好用户体验的3D装箱优化系统，具有很重要的研究意义。本文致力于研究Web3D模式下集装箱装载的3D可视化技术以及手动操作的人机交互技术，研究内容主要包括Web模式3D装箱系统的技术选型、装箱系统的业务流程及开发环境介绍以及相关关键技术与核心算法的设计与实现。其中，关键技术的应用以及核心算法的设计是本论文的研究重点。通过应用关键技术，解决了3D场景搭建中模型的显示以及优化问题;通过设计合理的移动算法，成功解决物体的拾取移动问题;通过研究应用物体间碰撞检测算法，成功解决规则物体间的相互穿透问题以及碰撞响应问题等;通过设计基于预判包围盒的自动贴合算法，成功实现规则物体移动过程的位置预判以及自动贴合功能。本研究的最终目标即在保证一般计算机配置以及带宽的情况下，开发基于Web模式的3D装箱优化系统，提高装箱系统的视觉显示效果以及操作体验功能，保证系统的实用性以及用户体验友好性。
　　基于Web模式的3D装箱优化系统的成功研发，充分肯定并且验证了本文的研究成果。但由于对3D可视化以及人机交互领域的研究时间较短，许多方面做得还不够完善:本文只解决了规则模型间的静态物体与动态物体的碰撞检测以及碰撞响应问题，对不规则模型间的碰撞检测算法进行了初步研究，并未实际应用于系统中;系统的运行速度、算法效率以及系统整体用户体验仍有待提升。本文作者将以增强用户体验为中心，以尚未解决的问题为出发点，在3D可视化以及人机交互领域进行更加深入的研究。除此之外，如何将3D装箱优化系统植入移动终端，亦是本文作者今后研究的重要内容。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 需求的驱动

1．1．2 Web3D技术的可行性

1．2 国内外研究现状及应用情况

1．2．1 国内外装箱软件的应用情况

1．2．2 Web3D技术的发展与应用研究

1．3 Web模式3D装箱系统发展趋势

1．4 本文研究内容

1．5 论文创新点

第2章 Web3D装箱可视化系统的技术选型

2．1 Web3D技术介绍

2．1．1 FlaSh3D技术

2．1．2 Html5

2．1．3 Java 3D

2．1．4 Silverlight5

2．2 Web3D技术选型

2．3 本章小结

第3章 Web3D装箱可视化系统概述

3．1 系统业务流程分析

3．2 系统功能需求分析与界面设计

3．3 系统开发环境的搭建

3．4 本章小结

第4章 3D场景搭建以及三维空间中物体移动算法研究

4．1 笛卡尔直角坐标系统

4．2 Silverlight的3D图形渲染管线

4．2．1 建模

4．2．2 渲染管道

4．3 3D场景的优化

4．3．1 集装箱的背面剔除

4．3．2 货物的“块”优化

4．4 三维空间物体任意移动算法研究

4．4．1 射线建立以及模型拾取

4．4．2 基于平面的三维空间物体任意点移动算法

4．4．3 基于坐标轴平面的物体任意移动算法

4．4．4 三维空间物体自由移动算法

4．4．5 自由移动算法的改进

4．5 本章小结

第5章 三维场景中物体的碰撞检测算法研究

5．1 三角形面片间碰撞检测算法

5．2 面向模型的轴向包围盒层次树碰撞检测算法

5．2．1 AABB轴向包围盒

5．2．2 AABB包围盒的相交测试

5．2．3 规则模型间的碰撞检测

5．2．4 不规则模型间的碰撞检测

5．2．5 详细检测阶段

5．2．6 碰撞响应

5．3 基于预判包围盒的自动贴合算法

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢