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。     

虚拟制造环境中虚拟手的行为构造

为了实现虚拟制造环境中智能高效的虚拟手,改善目前主流的依赖对用户手抓握动作跟踪的状况,提出一种适用于虚拟制造环境的虚拟手自主行为构造方法.通过在虚拟手结构模型上增加感知环设计,构建虚拟手的感知能力;结合文中提出的虚拟手三阶段感知算法实现虚拟手的自适应行为机制,极大地减轻了操作者的认知和操作负载;通过构造虚拟手手势集和手势状态转换模型,实现了虚拟手在复杂零件表面的连续抓握操作.文中还重点研究了复杂零件表面虚拟手的连续抓握的行为机制和相关算法.实验结果表明,文中的虚拟手具有很好的几何真实感和行为真实感;提出的方法具有良好的可用性、可靠性和实时性.     

导弹装备虚拟维修训练系统通用平台

针对当前导弹装备虚拟维修训练系统开发只针对单一型号和专用功能、效率低、开放性和通用性差的问题,对基于资源重用性、系统通用性的导弹装备虚拟维修训练通用平台进行研究,阐述通用平台包含的视景仿真、故障机理建模与管理、人机交互、维修任务控制4类模块及2种典型训练模式,探讨通用平台设计中的4项关键技术。介绍通用平台的总体结构设计和基于EON Studio开发的虚拟维修训练原型系统。     

USB技术在虚拟维修训练系统中的应用

USB技术极大地方便了 PC功能的扩展 ,与传统方法相比更经济、更便捷。将 USB作为虚拟维修训练系统中实装外设与计算机通信的接口 ,介绍了相应 USB设备的开发 ,包括 USB硬件电路和配套驱动程序     

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.     

虚拟维修训练系统的信息交互功能实现技术

在多种虚拟维修训练系统中,要求高效地反映当前维修程序的执行阶段,及时掌握训练过程中的仿真运行阶段,提出基于Vega环境的虚拟维修训练信息交互实现技术。     

虚拟手自然抓取动作生成研究

在虚拟抓取规划中,生成稳定的抓取姿态非常重要,但是只考虑稳定性往往会导致抓取姿态不符合自然的人手抓取习惯.为了生成既满足物理约束又符合人手抓取习惯的自然抓取姿态,提出一种基于抓取分类理论的虚拟手自然抓取规划算法.首先根据人类抓取分类理论,基于人类行为构建物体形状与人手抓取姿态之间的映射关系,然后在动作规划中加入人手抓取姿态的引导,最终在虚拟手的位姿空间中找到一组自然的抓取姿态.对于复杂的多部件物体,先将其分割成可抓的部件,再对可抓部件进行自然抓取动作的生成.实验中展示了以人类抓取分类理论中的5种人手抓取姿态为指导,对常见的三维物体生成自然抓取姿态的结果,经用户评估,所提算法生成的抓取动作相比其他算法更符合人手抓取习惯.     

虚拟装配环境中虚拟手与虚拟零件的碰撞检测研究

虚拟装配环境中,采用数据手套进行虚拟零件操作是一个很重要的方法,通过在数据手套生成虚拟手的基础上,研究了虚拟装配民虚拟手与虚拟零件基于Hertz的碰撞检测算法,推导手指表面为球面的实现公式,并给出了具体的实现步骤。     

面向对象的虚拟手技术研究及实现

虚拟手技术是一种很有前途的人机交互技术。本文采用面向对象的方法,建立了一个虚拟手模型,并给出了从人手到虚拟手合理的运动映射算法。然后以Open Inventor为软件平台,采用数据手套和位置跟踪器作为主要的输入设备,开发了一个虚拟手原型系统,实现了人手与虚拟手的直接交互,并能自然、高效地完成一些虚拟操作。     

装备虚拟维修训练系统综述

由于传统的装备维修训练方法和手段已不能适应当前装备发展的需要,而利用虚拟维修技术开发的虚拟维修训练系统能很好地解决这一矛盾。本文从虚拟维修技术入手,首先阐述了开发虚拟维修训练系统的意义,而后提出了虚拟维修训练系统应满足的要求和虚拟维修训练系统的组成部分,最后介绍了虚拟维修训练系统涉及的关键技术。     

三维虚拟士兵训练仿真研究

采用骨骼动画技术实现了对士兵训练动作的仿真。为了克服已有模型格式不够灵活的缺点采用自定义格式的模型,该模型分为皮肤层和骨骼层,皮肤层赋有皮肤纹理贴图,在骨骼层的带动下运动,模型利用关键帧插值实现骨骼层的运动。最后编程实现对士兵训练的仿真。     

装备虚拟维修训练系统工程研究

以虚拟现实技术为基础，提出了装备虚拟维修训练系统建设总体方案，并完成了第一期的建设任务。该系统的实现，对于解决目前存在的复杂装备维修训练问题有重要意义。     

虚拟维修训练中的手势识别

为在虚拟维修训练中实现更加自然高效的人机交互,增强维修训练人员的沉浸感,提出一种基于Kinect深度图像和骨骼数据的手势识别方法。通过对维修样机和维修资源的维修特征进行研究,建立基于维修特征的维修动作集合,定义维修操作的常用手势库;在分析和构建手势识别系统流程的基础上,结合Kinect深度图像和骨骼数据实现手势图像的分割,基于形态学闭运算完成手势分割图的预处理,采用Zernike矩的方法实现对常用手势的识别。将该方法应用于机械设备的虚拟维修训练中,结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于虚拟手的人机交互关键技术

基于虚拟手的人机交互技术是虚拟现实中的研究热点。对其中的关键技术进行了研究,采用多边形网格建模方法,建立了虚拟手的逼真几何模型;基于Virtools平台开发了数据手套的数据采集模块,提出使用基于初始值的数据转换方法,解决了开始运动时的跳变问题,同时对手指的外展运动,使用约束值方法进行处理,提高了虚拟手与真实人手匹配一致性;最后,针对虚拟手与虚拟物体的操作交互,提出了一种基于有效阈值角度的抓取算法。通过Virtools平台进行验证,实验结果表明:虚拟手模型逼真度高,手型变化自然;同时实现了虚拟手对虚拟物体的操作交互,具有很强的实用性。     

Anticipatory behavior in virtual universe,application to a virtual juggler

To be believable, virtual entities must be equipped with the ability to anticipate, that is, to predict the behavior of other entities and the subsequent consequences on the environment. For that purpose, we propose an original approach where the entity possesses an autonomous world of simulation within simulation, in which it can simulate itself (with its own model of behavior) and simulate the environment (with the representation of the behaviors of the other entities). This principle is illustrated by the development of an artificial juggler in 3D. In this application, the juggler predicts the motion of the balls in the air and uses its predictions to coordinate its own behavior to continue to juggle.Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

面向拆装训练的输油泵机组虚拟维修系统设计

针对输油泵机组实装维修训练存在的不足,设计了面向拆卸与装配训练的输油泵机组虚拟维修系统。通过现有主流虚拟现实仿真平台的对比,选择以Unity3D作为开发平台。分析了系统功能、性能需求,设计了系统多层次模块化训练体系结构。针对系统交互式拆装的核心功能需求,提出一种高效的鼠标拖拽时零部件位置更新算法;为在虚拟训练过程中正确模拟机械零部件拆装的顺序关系,研究了基于事件驱动编程的设计方法。对系统实际运行参数进行测试,满足各项功能、性能需求。系统不仅满足输油泵机组维修训练的需求,还可为其它产品的维修拆装训练系统设计提供参考。     

装备分布式虚拟维修训练云仿真关键技术

传统分布式虚拟维修训练系统仿真任务和仿真设备耦合度高,系统仿真效率低,扩展困难;同时,作为分布式交互支撑的高层体系结构(HLA)和运行支撑框架(RTI)仅适用于局域网络,无法实现大范围的仿真资源共享和维修协同互操作。借鉴云计算和云仿真思想,提出了一种应用于装备虚拟维修训练领域的云仿真体系结构和框架实现方案;研究了面向Web服务的广域网RTI组件层次化体系结构,设计了基于Web服务的仿真邦员,实现了仿真过程监控和远程邦员任务迁移功能;基于最小调度法实现了仿真平台的动态负载平衡,研究了平台的可视化仿真功能和仿真数据的分布式存储技术。在此基础上完成了某型装备的虚拟维修训练网络化仿真开发,初步证明了虚拟维修训练云仿真的可行性和有效性     

A survey on virtual reality

Virtual reality (VR) is a scientific method and technology created during the exploration of the nature by human beings to understand, simulate, and better adapt and use the nature. Based on the analysis on the whole process of VR, this paper presents different categories of VR problems and a type of theoretical expression, and abstracts three kinds of scientific and technical problems in VR field. On the basis of foresaid content, this paper also studies current major research objectives, research results and development trend of VR in the aspects of VR modeling method, VR representation technology, human-machine interaction and devices, VR development suites and supporting infrastructure, as well as VR applications. Finally, several theoretical and technical problems that need to be further studied and solved are addressed. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2009CB320805), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60533070, 60503066), and the National High-Tech Research & Development Program of China (Grant Nos. 2006AA01Z333, 2006AA01Z311)