摘 要：布局问题是一个NP问题，采用纯数学方法难以求解。本文在一般优化方法的基础上，采用计算机图形学技术和C++Builer6.0开发工具，开发了一个布局三维仿真系统，为人机交互的布局设计提供了有效途径。
关键词：布局 三维仿真 虚拟现实 OpenGL
一、引言
布局就是如何在一个有限的空间内按一定要求摆放多个具有一定几何形状的物体。布局问题在很多方面都存在应用，如生活小区内建筑物的布局、城市里供排水管管道的布局、港口设备建筑的布局、航天器仓的布局、工厂厂房和车间内机器设备的布局等。
在工业生产领域，布局问题显得尤为突出。在制造企业中，多台生产单元就构成了一个生产制造系统，如何确定制造单元的相互关系和摆放位置，即车间布局问题是一个首先要解决的问题。一个好的车间布局不仅可以提高物流效率、降低物料搬运成本，而且可以通过改善人机环境而大幅提高生产效率。试验表明，在一个多生产单元的生产制造系统中，过优化的车间布局与物料搬运设计则可降低企业总生产成本的10%～30%。
本文基于敏捷制造和虚拟制造的理念，研究用于柔性生产的布局三维仿真系统，通过一定的算法和虚拟仿真，使布局者能参与布局过程并将布局结果逼真地呈现在管理和技术人员面前，为车间布局提供参考。
二、布局三维仿真的研究
系统仿真是近30年在系统科学、控制理论、计算技术等多种技术基础上发展起来的一门综合性很强的新兴技术。计算机系统仿真就是以计算机为工具，以相似原理、仿真技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，利用系统模型对实际或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术[1]。
由于车间布局问题属于NP问题，且布局过程中的许多要求是一种主观的判断和模糊的要求，如布局美观、安全等，直接采用计算机算法求解布局方案具有很大难度，因此采用虚拟现实的仿真系统来实现布局者的亲身参与布局过程，以达到人机接合的目的。
1.OpenGL技术
对计算机可视化及仿真技术的研究已经历了一个很长的历程，而且形成了许多可视化工具；其中SGI公司推出的OpenGL三维图形库表现突出，易于使用而且功能强大。利用OpenGL开发出来的三维应用软件颇受许多专业技术人员的喜爱，这些三维应用软件已涉及建筑、医学、产品设计、地球科学等领域。OpenGL被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准，目前包括ATT公司UNIX软件实验室、IBM等大公司都采用了OpenGL图形标准。
OpenGL提供直观的三维图形开发环境，实际上是一种图形与硬件的接口，包括120个图形函数。开发者可以用这些函数来建立三维模型和进行三维实时交互。OpenGL强有力的图形函数不要求开发者把三维物体模型数据写成固定数据格式，这样开发者可以利用其他不同格式的数据源并获得许多软件的支持。这样就极大地提高了三维图形软件开发的效率。
