维修仿真中虚拟人动作数据库的研究与实现

通过在维修仿真中引入虚拟人技术,可以提高场景的逼真性、真实感,还有利于充分考虑人机工效学因素,这就要求实现对虚拟维修人员的动作控制与仿真。该文提出了一种基于过程分段和分层设计思想的虚拟人动作库,该动作库主要由动作层和动素层组成;基于位置／变迁Petri网设计并实现了动素层,基于面向对象的技术设计并实现了动作层,涵盖了绝大多数虚拟人执行维修操作的动作,基本满足了维修仿真的需求。最后,基于人体建模与仿真平台Jack,设计实现了一个电子舱的维修仿真实例,仿真和实验结果表明了所提方法简便易行,能够满足维修仿真的要求。     

装配序列约束下的飞机虚拟维修过程建模仿真

针对当前飞机虚拟维修过程模型固化,对维修复杂行为关系缺乏考虑,无法满足学员多样性实训需求的现状,充分考虑了飞机系统的复杂度、学员操作的不规范性和随机性等因素,依据各维修装配序列间的优先约束关系,构建了优先约束矩阵,进而定义了优先约束时间有色Petri网模型。在系统梳理维修实体及其维修操作行为的基础上,提出了虚拟维修实体操作元模型和元模型融合下的过程建模,阐述了基于优先约束时间有色Petri网的动态虚拟维修过程实现方法。最后,以A320飞机加油活门的某一个随机拆卸过程为例,进行建模仿真,验证了模型的有效性。     

动态重组子网的Petri网飞机虚拟维修过程建模与仿真

针对大型民用飞机虚拟维修仿真中部件繁多、维修行为关系复杂、模型庞大等问题,提出可动态重组子网的Petri网飞机虚拟维修过程建模方法.使用UML状态机建立维修实体状态迁移元模型,以规范维修实体的维修行为,并将其转化为Petri网子网模型;依据部件间的联结关系构建双向邻接矩阵,约束各子网间的维修行为关系,进而建立可动态重组子网的虚拟维修过程模型.通过空客A320飞机交输活门作动筒组件的拆卸仿真实例验证了该模型的有效性.     

基于扩展Petri网的虚拟维修作业过程模型

维修作业过程模型是进行装备虚拟维修性分析与维修训练的基础。维修作业过程属于典型的离散事件,Petri网方法相对于其他过程建模方法,更适合于描述具有冲突、并发关系的离散事件系统,且模型具有直观性。利用时间-有色Petri网对装备的维修作业过程进行建模,分析讨论了维修作业过程中逻辑关系的表达与维修保障资源的描述;引入对象概念对资源库所进行了扩充,定义了维修作业变迁的触发条件及触发延时的确定方法,增强了模型的描述能力。最后通过一个维修作业实例,说明了该模型可以很好地应用于装备维修作业过程建模。     

虚拟维修仿真中手势识别的研究与应用

虚拟维修训练仿真要求良好的逼真性和沉浸感,对训练操作者的动作意图能高效地转化.将手势识别技术应用于虚拟维修仿真作为的获取可以有效满足这种要求.通过装备维修动作的建模研究分析定义了能够体现动作意图的必需手势;之后采用模糊神经网络技术实现对手势的识别并建立基于手势识别的虚拟手交互控制机制.还重点对神经网络的构建以及学习算法进行了介绍,并在现有适用度计算方法的基础上结合网络实际提出了适用度的平均求解法.最后将基于手势识别的虚拟手交互控制方法应用于具体维修训练仿真中并证明了方法的可行性和高效性.     

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.     

基于ExSpect的维修保障联邦成员开发

分析了ExSpect的建模方法和软件接口,建立了基于ExSpect的维修保障仿真模型。开发了仿真对象模型（SOM）,并对其信息接口进行了改造,从而实现了Petri网仿真模型与RTI运行支撑环境的无缝连接,为后续开发高层体系结构（HLA）环境下的Petri网仿真模型集成环境进行了初步的探索工作。     

基于GSPN的GERTS仿真模型研究

在分析维修设备保障流程建模与仿真重要性的基础上,分析了GERTS模型和广义Petri网(GSPN)模型在流程仿真中的应用特点,提出了基于嵌入式广义Petri资源约束网的GERTS仿真模型,并给出了具体的仿真算法.嵌入GSPN约束网的GERTS仿真模型,解决了GERTS难以对具有较强资源依赖性的过程很好描述的缺陷,可用于大型设备维修流程的仿真建模分析.最后,文章针对某部队对武器装备保障流程进行了建模和仿真实例分析,得出了资源配置的最优组合.并应用MATLAB对仿真结果进行了曲线拟合分析.     

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。     

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。     

灵巧手抓持规划的虚拟仿真方法

本文介绍在虚拟环境中,通过仿真分析的手段来研究机器人灵巧手抓持规划方案的方法。研究中以人的经验为指导,根据手、物的形状及尺寸等相对关系初步给出定性的抓持方案,以此为基础在虚拟环境中对机器人灵巧手的抓持过程进行仿真分析,判定所给出的抓持规划是否能实现在虚拟环境中的稳定抓持。然后在可行方案的基础上进一步对灵巧手的抓持点位置及抓持姿态进行优化,最终可得到机器人灵巧手对于特定被抓持物的较令人满意的抓持规划方案。     

基于VRML的分布式装备维修仿真训练系统

在装备维修训练方面，仿真系统发挥着极为重要的作用，该文将虚拟现实技术应用于装备维修仿真训练中，建立了分布式装备维修仿真训练系统，系统可实现虚拟装备的生成，动态仿真及与数据库的关联等，有效地提高了装备仿真训练的水平。文中介绍了系统的工作流程，系统实现的若干关键技术及系统运行典型实例。     

基于物理模型的虚拟装配技术研究

虚拟装配是虚拟现实技术在产品设计领域的一个重要应用 .为了从运动学与动力学的角度来考察虚拟装配过程中零件的运动 ,以便更真实地反映虚拟环境中零件装配运动的本质规律 ,提出了一种虚拟装配环境中用于将装配几何约束自动映射为运动副约束的基于运动自由度分析的物理约束生成方法 ,同时 ,提出了基于变刚度弹簧模型的装配力交互输入方法 ,并实现了位移输入与装配力输入的映射 .另外 ,还给出了基于物理模型的虚拟装配的基本过程 .该方法在虚拟设计与装配原型系统的研究与开发中已得到实现 .     

沉浸式虚拟维修仿真系统及其实现

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所要求功能,而交互技术则主要集中在抓取和防穿越处理上．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。     

一种虚拟场景的动态建模与实时仿真方法

针对虚拟现实技术中虚拟场景的生成及仿真问题,将场景中的实体位置状态及其基元间的连接关系统一用关节描述;通过建立场景连接图来描述场景结构模型,并采用关节驱动基元的方式来进行场景的更新操作,从而提出一种面向连接的关节驱动型虚拟场景的动态建模与实时仿真方法.在此基础上,开发通用的虚拟场景可视化软件平台,并通过测试验证提出的方法可以有效提高场景的建模与仿真处理效率.     

虚拟手模型及其抓取技术

在深入分析手的解剖结构和运动特点的基础上，采用层次结构建模方法，建立了虚拟手模型、然后针对已有的虚拟手抓取规则过于简化的特点，提出了一种新的虚拟手抓取规则．该规则能够使虚拟手正确地抓取虚拟环境中的物体．最后运用虚拟手模型和抓取规则实现了虚拟手对虚拟物体的抓取、移动和释放操作．     

虚拟环境中灵巧手主从抓持的实现

研究了虚拟现实环境中人手和灵巧手的抓持动作.利用数据手套采集人手的运动信息,将人手的运动 映射给灵巧手,通过搭建人手和灵巧手的模型,在虚拟环境下实现了主从抓持操作.探讨了关键技术问题:异构系统 运动映射、碰撞检测、虚拟力建模、稳定抓持的判据.􀁱