沉浸式虚拟维修仿真及其应用

文中给出了沉浸式虚拟维修仿真系统的框架,从样机建模和交互技术两个方面对其关键技术进行了研究。提出了虚拟维修样机的概念,通过定义样机部件的约束运动和交互特征来实现其要求的功能。而交互技术则主要集中在抓取、运动控制和防穿越处理上。对系统在维修性设计分析(核查)、维修程序确认和辅助维修训练中的应用进行了说明。建立了基于Jack系统的沉浸式虚拟维修仿真原型系统,并以某机构的拆装为例对其进行了初步的应用验证。     

直升机交互式桨叶振动调整仿真研究

为解决目前机务维修培训中存在的物理样机难以满足需求的问题,以实际机务维修工作中旋翼振动调整方法为参考,提出在虚拟维修训练系统的基础上实现受训人员对虚拟样机旋翼桨叶进行振动调整仿真操作,以期达到训练目的;根据非沉浸式虚拟维修训练系统的特点设计交互仿真操作逻辑,确定仿真操作步骤,分析座舱振动可视化表示方法,专用虚拟样机的构建方法以及虚拟仪器的实现方式和数据组织结构形式,并将该仿真实验以模块化形式添加到虚拟维修训练系统中,满足拆装条件下对虚拟样机的交互操作需求;最后以欧直松鼠直升机虚拟样机旋翼振动调整方法为例验证该操作仿真逻辑的可用性。     

基于虚拟样机技术的火炮维修仿真系统研究

该文提出了基于虚拟样机技术的火炮维修仿真训练系统建设总体方案，主要用于解决目前武器设备维修训练采用实物、实兵、实地训练，日常训练成本高、危险性大、训练效率与训练效果有待提高的问题。采用虚拟样机技术开发的装备维修仿真训练系统是解决目前武器装备维修训练突出问题的有效途径。巳开发成功的某武器维修训练仿真系统的推广应用受到了用户的好评。     

基于交互特征的虚拟维修样机建模

给出了虚拟维修样机的定义，分析了它的组成，建立了与产品CAD系统相关联的虚拟维修样机系统结构。讨论了建立虚拟样机用于虚拟维修仿真的几个关键技术。为了满足仿真实时性要求，提出了面向维修任务的虚拟维修样机建模方法，进行样机的几何建模和人机交互建模。提出了基于交互特征的虚拟维修样机交互行为建模方法，并在Jack软件环境下开发了CAD几何数据处理与虚拟维修样机交互特征定义的功能模块。最后以一个变速齿轮箱为例，对系统进行了验证。     

基于P-Agent的虚拟维修样机交互特性建模方法

为了有效提高虚拟维修仿真中的虚拟维修样机部件的实时和自然的交互方式,根据虚拟维修仿真需求和交互支持,提出了基于P-Agent的虚拟维修样机交互特性建模方法.给出了P-Agent的定义与交互模型的定义,围绕虚拟维修中交互的实时性和自然性两大要素展开研究,对通信过程中的交互方式进行了设计,针对通信原语无法支持自然交互存在的不足,对通信原语进行了扩充,使其能够支持P-Agent之间更高层次、更复杂、更多交互协作的交互.仿真过程表明,应用改进的建模方法可以实现良好自然的交互,能够满足实时的虚拟维修仿真交互,具有通用性.     

虚拟维修通用仿真软件系统的设计

针对目前装备维修保障的现状，基于高层三维图形开发环境，开发设计一套虚拟维修仿真系统，适用于各种装备的虚拟维修训练仿真。通过MultiGen Creator建立三维的装备实体模型，利用C＋＋编程，调用Vega API函数，开发仿真程序。从系统开发软件入手，给出了虚拟维修系统框架结构，并通过模型建立、虚拟人控制、程序控制实现和视景驱动控制进行虚拟维修系统的开发。通过对诸多方面进行逐步分析与设计，给出了进行虚拟维修训练开发关键技术解决方案，并将该方法成功应用于某型导弹的虚拟实验室。     

面向人素分析的虚拟维修系统的设计与实现

提高产品的维修性是当前产品开发的主要性能指标之一.在产品的维修性设计中,通过虚拟维修仿真过程的人素分析,可以有效地提高产品的维修性.据此,提出了一个面向人素分析的虚拟维修系统的结构框架,并基于虚拟人软件平台--Jack进行了系统实现.该系统可以在维修仿真过程中,控制虚拟人对虚拟样机进行维修操作,并进行在线分析和给出维修性的设计建议.以某型设备为例,对系统进行了实例验证.最后提出了进一步研究的工作.     

基于弱化Agent的虚拟维修样机行为建模方法

为了建立具有行为和反应能力的虚拟维修样机行为模型,真正体现虚拟样机的模型特征,引入基于弱化Agent的建模方法对虚拟维修样机进行行为建模。给出了弱化Agent的特点和行为定义模式,研究了虚拟维修环境下行为模型的表示,行为模型的划分和行为模型的输出,给出了行为建模的具体实现过程,并把上述方法应用于某大型设备虚拟维修样机模型的行为建模中。通过应用实例可以看出应用此方法进行虚拟维修样机的行为建模极大的减少了虚拟维修样机与虚拟环境的交互数据量,可以很好的满足虚拟维修仿真实时性的应用要求。     

基于OSG动车组虚拟维修训练系统研究与实现

研究动车组虚拟维修培训系统,针对提高人员维修和培训水平,为了缩短大型复杂产品动车组维修的培训周期,节约训练经费,传统虚拟维修训练系统实时绘制大型模型能力弱,表达维修对象信息不直观等的问题,为解决上述问题,提出进一步用仿真技术,开发了动车组维修训练仿真系统,构建了维修训练仿真系统的框架、层次信息模型,基于OpenSceneGraph三维引擎,采用了产品装配树的建立、大型模型渲染优化、交互信息显示和拆装仿真等关键技术,并组成系统进行仿真.仿真结果表明系统设计的可行性,能够满足大型复杂产品虚拟维修应用的要求.     

基于Jack的虚拟维修样机交互行为建模方法研究

虚拟维修仿真是近年来出现的一种新的采用计算机动画、虚拟现实等技术,进行维修设计和维修训练等的方法,其基本思路是建立设备的虚拟样机,在虚拟环境中模拟特定的维修活动,如产品或部件的拆卸分解、更换、装配等;从运动行为建模、约束关系建模与拆装顺序描述3个方面详细讨论了虚拟样机交互行为建模的方法与过程,最后在Jack环境下设计了交互特征建模软件模块,利用数据库管理样机的交互特征;基于特征的交互行为模型能够满足虚拟维修仿真的需要,设计的软件模块能够较好地与仿真系统集成,对虚拟维修仿真实现具有重要意义.     

沉浸式虚拟训练中的虚拟手操控技术研究

将人手的自然动作加入沉浸式虚拟现实系统中,可有效提高系统的沉浸感和交互性,简便快捷、成本低廉的虚拟手建模及操控技术,有助于此项内容的推广应用;在对虚拟手骨骼结构模型分析的基础上,提出了基于Leap Motion的虚拟手控制方法和流程;以维修训练为任务背景,设计了四种用于虚拟手操作的手势规则,并对实现流程和关键技术进行了分析;构建基于Unity3D引擎的原型系统对虚拟手进行仿真验证,结果表明,基于Leap Motion的虚拟手操控简单、交互自然,可以满足虚拟现实系统交互需要。     

支持装备维修训练的虚拟样机模型研究

按照层次化建模和按需求剪裁的思路,建立了一种新的虚拟样机模型框架,包括层次模型、外观模型、状态模型、功能模型、交互模型、关联关系模型和信息模型七部分。这种虚拟样机模型框架可以支持装备虚拟维修训练的各个环节,简化虚拟样机建模工作的复杂性和工作量。     

桌面式虚拟现实维修训练系统的研究与应用

计算机虚拟现实技术提供一个具有直观感和沉浸感的人机界面,可作为一种用于维修训练的有效工具,但目前的相关研究主要针对沉浸式和增强型虚拟现实,开发成本高且应用性不强。该文提出一种面向对象的桌面式虚拟现实维修训练系统原型,利用面向对象的方法,将基于最优拆卸序列的维修模式运用到系统中。通过某型机械装置的虚拟拆卸,验证了该系统的有效性。     

基于VR技术的虚拟维修仿真系统设计与应用

针对产品并行研发模式下的维修性问题,将虚拟现实技术引入到产品维修仿真中,即在计算机生成的虚拟现实环境中对产品进行维修仿真分析。文中以单通道被动立体投影系统为虚拟现实环境,以DELMIA、VRCO VisTool、CDVI、Pro/E等软件为虚拟现实软件系统,构建了一个虚拟维修系统,阐述了系统中VR外设集成、环境建模与数据转换、碰撞检测、人机工效和立体显示等关键技术。最后以某型雷达天线转台维修为例,验证了虚拟维修的有效性。     

悬臂式掘进机虚拟仿真平台设计

悬臂式掘进机广泛应用于煤矿井下巷道施工,掘进机的培训包括传统的书本教学方法和基于井下实际操作的训练方法,但是由于其场地和安全的局限性,无法满足训练要求.针对这一现状,利用虚拟现实技术和交互仿真技术构建了悬臂式掘进机虚拟仿真平台.该平台采用三维建模技术,使用多边形建模方法制作了悬臂式掘进机、转载机、供电系统等三维模型;运用Unity3D引擎驱动三维模型组成的虚拟场景,采用场景优化技术实时渲染出沉浸式的虚拟场景;在脚本语言C#编程环境下实现操作流程顺序控制、操作描述、三维模型驱动等,实现悬臂式掘进机虚拟仿真培训.培训结果表明,沉浸式人机交互可达到与实物培训相类似的效果,提高使用者学习和操作悬臂式掘进机的效率.     

三维虚拟加工环境及其关键技术的研究

在分析虚拟制造特点的基础上,提出了三维可视化虚拟加工环境的系统结构,介绍了支持三维建模仿真的组件设计、基于装配模型的三维实体建模方法、NC代码解析器的设计方案以及基于毛坯表面三角片离散化的加工过程仿真算法,并开发了虚拟加工环境原型系统,该系统能够实时地反映零件虚拟原型的加工成形过程仿真,并进行可加工性分析。     

A desktop VR prototype for industrial training applications

The recent advances in computer graphics has spurred interest from both academics and industries in virtual reality (VR) enabled training applications. This paper presents a desktop VR prototype for industrial training applications. It is designed and implemented as a general shell by providing the data interface to import both the virtual environment models and specific domain knowledge. The geometric models of the virtual environment are constructed using feature-based modelling and assembly function by external CAD tools, and then transferred into the prototype through a conversion module. A hierarchical structure is proposed to partition and organise these imported virtual environment models. Based on this structure, a visibility culling approach is developed for fast rendering and user interaction. The case study has demonstrated the functionality of the proposed prototype system by applying it to a maintenance training application for a refinery bump system, which, in general, has a large number of polygons and a certain depth complexity. Significant speedup in both context rendering and response to user manipulations has been achieved to provide the user with a fast system response within the desktop virtual environment. Compared with the immersive VR system, the proposed system has offered an affordable and portable training media for industrial applications.The work was done in Nanyang Technological University.