前言

起重机装卸、搬运货物属于高空危险作业的特种工作，起重机司机的操作直接影响到人们生命和财产安全。为此，我国对起重机司机的安全技术培训进行了立法，规定新司机必须到省市指定单位参加培训，取得资格证书后方可从事此项工作。目前，我国起重机司机的训练是采用师傅带徒弟的方式来完成的，这种传统的教授方式受人为因素的影响和天气条件的限制，存在着事故率高、培训内容欠规范、效率低等问题，尤其是新手操作，加大了培训工作的危险性。现代科学技术的迅速发展使基于虚拟现实技术开发无起重机机械结构和机构，具有与起重机一样的操作功能和真实再现起重机工作过程及场景变化的虚拟设备，在室内对起重机司机进行高素质的训练与考核成为可能。

虚拟现实是一种提出不久而极有发展潜力的新理论和新技术，基于虚拟现实技术开发的起重机虚拟操作系统在国内外还没有被广泛地推广和应用，更没有一部书完整地叙述开发能真实再现起重机操作过程和工作场景的虚拟操作系统的理论和技术。笔者在前人研究的基础上，根据多年来起重机虚拟操作系统开发的研究成果和研究经验，把开发虚拟操作系统的关键理论和技术，以及在开发过程中遇到的问题和解决方案写成这本著作，希望能与正在研究机械工程和虚拟现实技术的同仁共享。

本书从起重机的结构特点和安全操作技术规范着手，通过分析起重机的动力学特性和货物摆动特点，以桥门式起重机、塔式起重机和港口起重机为例详细叙述了开发起重机虚拟操作系统的总体设计和开发流程，重点讨论了构建起重机和工作场景三维实体模型的理论和技术，实现起重机机构运动和场景变换的模型驱动、碰撞检测及碰撞响应的理论和技术，以及提高虚拟操作系统的真实感和运行速度的方法和技巧，最后介绍了系统应用软件的发布和测试方法。

本书的部分工作包括了董明晓的博士学位论文和鲁萌萌（山东省聊城建设集团）的硕士学位论文的内容，同时参考了徐书娟（临沂市技师学院）硕士学位论文的内容，在本书的编写过程中引用了书后有关文献中的材料和思想，谨向这些文献的作者表示衷心的感谢！在确定书稿的写作思路和写作宗旨方面，北京陆航学院的郑康平博士给予了很好的建议和指导，在此向郑康平博士表示由衷感谢！本书由国家自然基金项目（项目编号是51475277）资助出版。

由于起重机虚拟操作系统开发理论和技术是一种提出不久而尚未被广泛应用的技术，还存在着许多有待研究和解决的问题，加之虚拟现实技术知识面宽，属于交叉学科，新的复杂现象不断被人们认识和发现，因此本书的内容尽力跟踪这一领域的进展情况，笔者希望它能起到良好的抛砖引玉的作用。由于笔者学识有限，书中难免存在着不足之处，希望广大读者和同行给予批评指正。

著者