飞机协同维修仿真的交互状态机模型

针对目前飞机维修场景众多的特点,提出一种适用于飞机协同维修的交互状态机模型。运用UML状态机建立维修人员、操作对象的状态转移模型,基于操作对象间的约束关系、操作对象-维修场景-维修人员的关系建立行为交互模型,将行为交互模型与状态转移模型融合,得到交互状态机模型,实现不同维修场景间的交互及状态变迁,给出模型的数学表达和图形化描述,使场景中实体对象的表达更加规范、统一,提高建模效率。以ADIRU排故为例,在分布式虚拟维修仿真平台上进行验证。     

融合Unity3D和混合现实的虚拟场馆IDS

研究融合Unity3D和混合现实的虚拟场馆交互展示仿真方法,实现虚拟场馆的交互展示,提升用户交互体验效果。上述方法利用基础层为交互展示提供硬件设备;数据层通过调用硬件设备采集虚拟场馆数据;业务逻辑层中利用混合现实技术的KinectFusion算法,结合采集的数据,建立虚拟场馆三维模型,Unity3D软件内导入模型,依据模型信息设计基于寻路算法的交互方式,自动搜索交互展示路径,避免发生碰撞;应用层通过移动与旋转等操作,为用户提供场景切换与漫游等功能。仿真结果证明：上述方法可有效建立虚拟场馆三维模型,实现虚拟场馆的交互展示,为用户提供身临其境的交互体验;上述方法可有效搜索交互展示路径,精准避开障碍物。     

虚拟维修系统交互控制方法研究

研究了虚拟维修系统的场景和对象的交互控制问题,为了维修人员的安全,提高设备维修效率,根据EON虚拟现实开发软件,设计了TPO视点变化函数,根据对象的装配/拆卸行为建立视点变化模型,场景及对象的运动导航操作方便;根据武器装备分级维修的特点,采用二维交互设备,设计了对象6自由度运动交互控制方法,提出的节点逻辑分离算法,能够在系统运行状态下解除节点间的隶属关系,解决已分离节点与父节点的运动关联问题,装配/拆卸行为真实感强.实际试验结果表明,所设计的虚拟维修训练系统和虚拟测试系统,对导航方法和交互操作,结果满足要求,为设计提供了依据.     

虚拟维修中表面间碰撞检测问题研究

基于几何约束的虚拟样机中,表面间的碰撞检测是实现维修操作的必要条件.目前有一些公用的碰撞检测工具包,但这些碰撞检测工具包一般支持多面片模型,并没有利用CAD模型中的表面信息,无法确定发生碰撞的表面.该文针对虚拟维修操作的特点,提出了一种新的场景图数据结构.在该场景图下采用表面-三角面片映射和表面-对象映射,在通用的碰撞检测工具包的基础上实现表面间的碰撞检测.最后,描述了约束管理系统的结构,利用该系统可对碰撞检测系统中发生碰撞的表面进行约束识别和求解,从而有效地支持虚拟维修中的装配和拆卸操作.     

三维组态软件场景导航图智能化建立方法研究

针对人在三维虚拟场景中漫游,容易迷失方向,以及在场景中查找目标耗费时间等问题,引入了导航图并提出一种智能化建立导航图的方法,通过实时获取三维虚拟场景的场景信息利用windows重绘机制来动态绘制场景平面投影图,提供给操作人员以图形化非编程的方式自动快速地建立相应三维虚拟场景的导航图;该方法融合了二维电子地图的宏观性以及三维场景的直观性优点;实验分析表明该方法能方便操作人员自动建立导航图,能指导操作者完成漫游任务,并能协助操作人员快速查找目标,提高了监控效率和人机交互能力。     

面向虚拟维修训练的自抓取虚拟手交互行为构建

针对当前维护训练模拟器（MTD）不能很好地向受训者展示飞机维修过程中的具体维修动作的问题,构建一种自抓取的虚拟手与相应的交互行为,以提高机务培训质量。通过分析维修的基本动作要素,定义与构建基于蒙皮骨骼的虚拟手动作库;在场景漫游阶段,实时获取视角位置来驱动虚拟手运动,减轻场景漫游下的虚拟手控制负荷;在具体维修操作阶段,利用所提的交互行为算法,将虚拟手的位置自调节与骨骼动画osgCal相结合,通过调取动作库中的相应动作,完成具体的维修任务。实验结果表明,所提出的方法能较好地展现具体的维修操作,对于虚拟维修训练具有良好可用性。     

虚拟装配交互界面中的隐式交互算法研究

针对现有虚拟装配系统中交互是以设备为中心的显式交互,不能有效地感知用户操作意图,用户认知负担和操作负担较高的问题,为了提高虚拟装配系统的智能性,将隐式人机交互引入虚拟装配系统,提出一种基于场景任务的用户意图感知算法.首先建立场景知识模型和用户知识模型,并分别构建显式交互知识库和隐式交互知识库;然后利用专家系统推理用户显式操作意图和隐式操作意图,实现人手向目标位置平移时场景主动拉近和抓放场景物体时物体主动旋转2种情景下的人机相向互动.实验结果表明,该算法实现了人机协同交互,降低了用户的操作负担和认知负担.     

虚拟EAST系统的设计与实现

虚拟EAST系统能三维再现EAST装置,并提供360度全方位浏览EAST内部结构及点击访问相关信息的功能.交互式虚拟EAST的建立使用了3ds Max和虚拟现实建模语言(VRML)技术,3ds Max提供了良好的可视化开发环境,可以利用其产生高质量的3D模型;VRML是Web上建立三维虚拟模型的标准语言,可以构造虚拟场景并实现用户与虚拟场景的互动.初步构建了虚拟EAST系统,可以动态交互地再现EAST装置,为全面虚拟EAST的三维物理实验建立了基础.     

虚拟EAST交互式3D建模研究

交互式虚拟EAST的建立使用了3dsmax和VRML技术;3dsmax提供了良好的可视化开发环境,可以利用其产生高质量的3D模型;VRML是web上建立三维虚拟模型的标准语言,可以构造虚拟场景并实现用户与虚拟场景的互动;基于3ds max和VRML的三维建模技术以其快捷方便等优点在虚拟现实系统构建及其相关领域得到了广泛应用;本文初步构建了虚拟EAST系统,可以动态交互地再现EAST装置,为全面虚拟EAST的三维物理实验建立了基础.     

面向机务虚拟维修训练的虚拟手操作设计

机务维修训练强调手部操作要素,针对虚拟维修过程中手部操作较简单且控制复杂的问题,提出一种基于基本维修作业分类的虚拟手操作仿真方法。基于层次化分解思想构建出新的分解策略,将机务维修任务分解为任务层、子任务层和基本维修作业层,并设计规则实现基本维修作业到虚拟手操作的映射,通过在3ds MAX中构建虚拟手仿真模型,利用骨骼动画技术实现虚拟手的控制,减轻虚拟手关节运动的控制负担,在自主开发的机务训练装备上进行虚拟手操作实验,以飞机电子舱门操作为例,验证方法的可行性和实用性。     

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。     

基于多维度业务数据融合的继电保护移动运维系统设计及实现

针对继电保护设备台账多端维护及信息与现场不一致、巡检记录繁琐易出错、人工定值校核工作量大且易漏核、智能变电站光纤回路及信号无法可视化展示等运维问题。本文通过构建基于多维度业务数据融合的继电保护移动运维系统,与统计分析系统融合实现台账数据单端维护、多系统共享;与状态检修系统融合实现巡检内容标准化、报告整理智能化;与二次设备在线监视系统及OMS定值整定系统融合实现定值校核智能化,提高校核效率;与SCD管控系统融合实现智能设备虚回路、虚端子及回路关系图形化直观展示。通过上述分析本系统实现变电站继电保护信息自动采集、智能整理、交互融合和网络共享,在降低运维成本的同时,有效提升继电保护设备及二次回路现场运行、检修的作业水平和管理水平。     

某雷达维修训练模拟器的设计与实现

维修训练模拟器应用于教学可降低对实装的损耗,训练针对性更强,效率更高。在分析某型雷达特性的基础上提出了虚实结合的设计思想,按照模拟系统与实装系统结构相同、功能一致,控制过程相同、逻辑一致的基本要求,规范了操作训练和维修训练指标,以及模拟器的体系结构。采用与实装一致的组合面板建立一个逼真的人机交互操作环境,通过虚拟装备和典型实装部组件构建系统硬件环境;采用虚拟装备分系统结合典型实装部组件,构建模拟维修训练环境,利用虚拟及真实测量工具实现装备维修模拟训练;设置信息交互接口,以实现与数据传输系统和仿真分布交互平台间的互联。该训练模拟器操作简便,可靠性高,为装备操作和维修提供了训练和考核环境。     

实时交互式虚拟仿真飞机驾驶舱实现

实时交互式飞机驾驶舱虚拟仿真是开发一种对虚拟图形化的飞机驾驶舱各种设备进行实时操作的人机环境。它是开发其他更深层次飞行仿真软件、机务训练软件的基础。OpenGL图形库作为一个强大的通用图形开发库,可实时生成人机环境所需的图像。通过在各软件模块中鼠标消息的传递、分析和处理,让人参与到该环境中,成为仿真回路的一个环节,也能控制虚拟飞机和驾驶舱设备。     

基于虚拟现实的煤矿大型设备培训系统研究

针对煤矿设备操作培训中存在的不足,设计并实现了一种基于虚拟现实技术的煤矿大型设备虚拟培训系统,利用三维建模软件Maya对井下主要设备采煤机、液压支架、刮板输送机等生产机械设备进行三维模型的创建,结合虚拟现实制作软件Unity3D进行虚拟场景整合与交互设计,利用C#编程语言实现对煤矿大型设备运动仿真控制.通过接口电路实现用户与虚拟场景设备的真实交互.经测试表明,系统不仅实现了煤矿大型设备操作培训的功能,而且增加了系统的交互性,弥补了传统培训方式的不足,节约了培训成本,缩短了培训周期.     

配电线路维护机器人虚拟现实仿真系统设计

针对配电线路维护机器人遥显示和在线作业轨迹规划的应用需要,设计了一套机器人虚拟现实三维仿真系统。通过将机械臂姿态信息实时传输到虚拟现实环境中,实现了作业场景3D遥显示功能;根据机器人带电作业需求,设计了一种基于虚拟现实环境的机械臂轨迹规划运动学仿真软件,可在三维虚拟空间测试机械臂作业路径的可行性,具有直观、安全和高效的特点。上述系统为配电线路维护机器人完成带电作业任务创造了良好的条件。     

某型雷达虚拟维修训练系统的设计与实现

为提高教学训练效果，弥补装备教学训练中实装不足、装备损耗大、教学训练成本高等实际问题，设计并实现了某型雷达虚拟维修训练系统。该虚拟维修训练系统包括系统主界面和系统集成框架两大部分，具有装备结构展示、装备操作训练、装备维修训练、训练效果评估、数据支持等多项功能，有效解决了上述装备教学训练中存在的实际问题。目前，该系统已应用到相关专业的装备构造与维修、装备综合实践等多个课程当中，取得的很好的教学训练效果，系统的设计开发可为其他装备虚拟维修训练系统的开发提供参考与借鉴。论文首先介绍了系统的基本功能和结构，然后详细论述了系统模型的开发过程，最后给出了虚拟训练工作流程。     

基于VR的“农业机械学”仿真教学系统

为改善传统农业机械教学过程中“老师难教,学生难懂”的局面,从虚拟仿真教学角度出发,以现代农场为原型,基于Unity3D虚拟现实开发平台,设计开发了“农业机械学”仿真教学系统.阐述了系统的设计思想、功能和结构,并对开发流程中所涉及到的关键技术进行了介绍.应用结果表明,系统实现了虚拟农场中农机设备生产作业的虚拟可视化,并且对各种主要农机设备的拆装、维修保养及工作原理进行了在线展示,具有一定的实用性和教学价值.     

Usability issues in the design of an intuitive interface for planning and simulating maintenance interventions using a virtual environment

This paper presents some of the results obtained in the VRIMOR project (virtual reality for inspection, maintenance, operation and repair of nuclear power plants). The general aim was to integrate environmental scanning technologies with human modelling and radiological dose estimation tools, and to deliver an intuitive and cost-effective system for use by operators involved with interventions in radiologically controlled areas. The usability of the resulting products was one of the main success criteria. This paper describes the general approach and design mechanisms used in the HeSPI (HeSPI stands for the Spanish for Herramienta para la Simulación y Planificación de Intervenciones, or tool for the simulation and planning of interventions) tool that has been developed by one of the teams. The tool provides the designer of an intervention with a humanoid 3D model, or mannequin, that can be loaded into the desired environment and will be used by the designer as if he was manipulating a puppet, making it move around the environment and perform different kinds of actions, adopting varied postures, interacting with the objects in the environment and manipulating tools and equipment. A combination of a graphical user interface (GUI) and a voice recognition system, together with the selected design mechanisms, has proven to offer good enough interaction possibilities for this kind of desktop virtual environment.     

沉浸式交互系统的设计与开发

在操作训练过程中,操作者对虚拟场景中物体的操纵必须通过交互来实现,交互的质量直接影响了操作训练的效果。针对现在的装备操作训练仿真系统中使用二维交互设备带来交互低效的情况,为了整体提高装备操作训练仿真系统的交互质量和能力,设计并开发了沉浸式交互系统。同时住众多新兴的交互设备中,主要对数据手套和空间球进行相关交互技术的研究。使操作者高度沉浸在建立的虚拟场景中,用自然、方便的方式进行交互,取得较好的操作训练效果。