通用装备虚拟维修训练系统的设计与实现

着眼装备使用维护人员的训练需求,探讨了通用装备虚拟维修训练系统所应具备的功能。采用将训练科目解析为由多道操作工序构成的层次模型,并以有限状态机的方法处理操作工序状态,以基于三维虚拟场景的关键帧动画表现各工序动作的设计思路,基于自主研发的视景仿真软件平台开发了支持三维交互式训练的通用装备虚拟维修训练系统。最后介绍了系统的应用模式和案例。     

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。     

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     

中国古建筑的L系统建模新方法

中国古建筑的数字化保护问题日益成为计算机和建筑学科的研究重点,但其结构巧妙、类型丰富,且建模工程耗时等,给研究工作带来很多挑战。针对上述问题,提出了一种快速的数字建模方法,通过深入分析并抽取建筑特征,建立了古建筑L系统构件模型库及构件特征库,利用虚拟装配过程控制创建真实、精确的虚拟古建筑3D模型。结果表明,这种方法具有建模精确、生成快速等优点,可对中国古代建筑遗产进行有效的数字保护。     

A virtual collaborative maintenance architecture for manufacturing enterprises

This paper presents a virtual collaborative maintenance architecture aimed at improving the performance of manufacturing systems. The proposed architecture incorporates maintenance elements such as operational reliability, maintenance economics, human factors in maintenance, maintenance program, and maintenance optimization in a virtual collaborative architecture. An analytical model is proposed to measure the relative performance of the proposed virtual collaborative architecture as well as that of the manufacturing enterprise. A numerical example is also presented to demonstrate the application of the proposed approach.     

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。     

Towards the development of a virtual environment-based training system for mechanical assembly operations

In this paper, we discuss the development of Virtual Training Studio (VTS), a virtual environment-based training system that allows training supervisors to create training instructions and allows trainees to learn assembly operations in a virtual environment. Our system is mainly focused on the cognitive side of training so that trainees can learn to recognize parts, remember assembly sequences, and correctly orient the parts during assembly operations. Our system enables users to train using the following three training modes: (1) Interactive Simulation, (2) 3D Animation, and (3) Video. Implementing these training modes required us to develop several new system features. This paper presents an overview of the VTS system and describes a few main features of the system. We also report user test results that show how people train using our system. The user test results indicate that the system is able to support a wide variety of training preferences and works well to support training for assembly operations.

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基于3D虚拟现实技术的弹药检测虚拟训练系统设计

目前提出的弹药检测虚拟训练系统接收检测信号接收率较低,检测虚拟训练成功率较低。基于3D虚拟现实技术设计一种新的弹药检测虚拟训练系统,硬件由主控操作机、检测总线接口以及资源测试器组成,软件部分在3D虚拟现实技术下构建虚拟空间,在开放式软件结构构建的基础上进行检测指标划分,对用户界面的文件进行整改,按照弹药检测的指标数据提升整改的方向正确性,选用自检公式对检测的信息进行系统自检,依据检测到的问题的发生形式判断下一次问题发生的触发机制,由此避免下一次问题的产生,从而实现软件流程。实验结果表明,基于3D虚拟现实技术的弹药检测虚拟训练系统能有效提高信号接收率,增强虚拟训练接收成功率,具有较强的应用性。     

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。     

一种燃气灶安全操作虚拟演示系统的设计

提出了一种基于单片机和PC的燃气灶安全操作演示系统的实现方案。用单片机仿真燃气灶的点火和开关控制,配合PC可实现模拟真实场景的燃气灶安全使用操作训练。实际测试表明,该方案操作简易方便且仿真效果好,硬件成本极低,可在公众消防安全教育中推广使用。     

虚拟工厂安全仿真系统设计与实现

化工厂安全至关重要,进行安全培训是安全体系的重要组成部分,除传统的培训方式外,还可利用计算机网络技术实施培训.本文介绍了利用计算机网络技术开发的仿真系统的设计过程、实现方法以及技术细节.该系统利用AJAX、Web Service、VRML等技术构建了基于地理信息系统的厂区电子地图,并模拟了基于虚拟现实系统的工厂内部的虚拟场景,通过2个系统的结合并使其具有自由交互能力,提供了比单一技术更丰富更有效的培训方式.这种方式是网络化的,使培训更容易实施,也避免了实地培训的限制性和危险性;这种方式是自主学习式的,在计划的培训之外还可使用该系统自我培训.系统中的数据均取自工厂内部资料以及实地考察,保证了内容的真实性以及培训的可靠性.该系统目前成功应用在某化工企业职工安全培训中,取得了预期的效果.     

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。     

Design and verification of a lightweight reliable virtual machine monitor for a many-core architecture

Virtual machine monitors (VMMs) play a central role in cloud computing. Their reliability and availability are critical for cloud computing. Virtualization and device emulation make the VMM code base large and the interface between OS and VMM complex. This results in a code base that is very hard to verify the security of the VMM. For example, a misuse of a VMM hyper-call by a malicious guest OS can corrupt the whole VMM. The complexity of the VMM also makes it hard to formally verify the correctness of the system’s behavior. In this paper a new VMM, operating system virtualization (OSV), is proposed. The multiprocessor boot interface and memory configuration interface are virtualized in OSV at boot time in the Linux kernel. After booting, only inter-processor interrupt operations are intercepted by OSV, which makes the interface between OSV and OS simple. The interface is verified using formal model checking, which ensures a malicious OS cannot attack OSV through the interface. Currently, OSV is implemented based on the AMD Opteron multi-core server architecture. Evaluation results show that Linux running on OSV has a similar performance to native Linux. OSV has a performance improvement of 4%–13% over Xen.     

Android平台上肌电虚拟训练系统设计与实现

针对上肢腕关节功能训练,在将表面肌电信号（surface electromyography , sEMG）处理技术与虚拟现实技术结合的基础上,利用组件化和有限状态机的程序设计方法,在Android平台上设计并实现一种具有人机交互功能的便携式康复训练软件系统,实现sEM G的蓝牙实时传输、康复训练方法、用户信息管理等功能。通过平滑处理从下位机传来的sEM G驱动虚拟训练环境中目标物的运动,为患者提供一套在移动设备上的上肢康复训练可视化平台。在两位不同年龄段的健康人身上进行实验,实验结果表明了该系统的可行性与有效性。     

Real-time simulation for a virtual reality-based MIG welding training system

This paper describes a real-time welding simulation method for use in a desktop virtual reality simulated Metal Inert Gas welding training system. The simulation defines the shape of the weld bead, the depth of penetration, and the temperature distribution in the workpiece, based on inputs from the motion-tracking system that tracks the position of the welding gun as a function of time. A finite difference method is used to calculate the temperature distribution, including the width of the weld bead and the depth of penetration. The shape of the weld bead is then calculated at each time step by assuming a semi-spherical volume, based on the width of the weld bead, the welding speed, and the wire feed rate. The real-time performance of the system is examined, and results from the real-time simulation are compared to physical tests and are found to have very good correlation for welding speeds up to 1,000 mm/min.     

基于Quest3D的采煤机虚拟培训系统设计

针对目前采煤机培训方式不能立体化多角度地展示采煤机操作过程的问题,设计了基于Quest3D的采煤机虚拟培训系统。该系统由下位机和上位机组成,二者通过RS232协议通信。下位机用来模拟采煤机的控制平台,以STC89C52单片机为核心的控制电路实现对外部操作信号的接收、处理和传输。上位机使用3DMax建模软件创建虚拟场景所需的模型,通过Quest3D三维引擎开发平台完成虚拟场景搭建,并依据下位机的命令对模型进行控制。该系统实现了采煤机虚拟培训功能,缩短了培训周期,降低了培训成本。     

导弹装备分布式虚拟协同操作训练系统设计

设计了一种基于Unity引擎的导弹装备分布式虚拟协同操作训练系统,实现多人协同操作,并解决了部队实装训练成本高、装备损耗大、存在较大安全隐患等问题.设计出了分布式虚拟协同网络通信模块,基于C/S模式与P2 P模式相结合的混合网络结构,保证了信息的可靠传输并提高了虚拟人同步的实时性;基于Unity引擎软件,在关键帧方法的基础上引入虚拟现实(VR)外设,最终实现了虚拟协同操作训练过程仿真.应用结果表明:设计的系统能够满足多人虚拟协同操作,有效提高了训练效率、降低了训练成本.     

分布式仿真训练系统通用开发框架研究

针对当前复杂分布式仿真训练系统在开发过程中存在着大量重复工作的问题,在分析其共性特征的基础上,提出了一套适用于分布式仿真训练系统的通用开发框架。该框架采用基于HLA的分布式结构,包含岗位训练软件开发框架、训练指挥台开发框架、三维场景显示开发框架和一个数据库系统,满足共性特征。详细阐述了通用开发框架的软件架构、通用功能类库和自动化科目生成器。描述了使用该框架进行仿真训练系统开发的一般流程。实际应用表明,该框架不仅能够大大减少重复的开发工作,而且统一的软件架构也有利于系统的维护。     

基于虚拟现实技术的运动辅助训练系统设计

为了提高教练的指导效率和丰富羽毛球教学与训练的方法,基于虚拟现实技术和KINECT,开发了一套羽毛球辅助训练系统。该系统利用虚拟现实技术,通过3DS MAX工具进行训练场地的虚拟化建模,搭配Cry Engine引擎技术渲染训练场地场景。KINECT被用来识别这些动作以及使用者的位置变化,并将识别结果通过蓝牙模块传输至VR眼镜内,使VR眼镜内的虚拟环境做出图像、声音等相应的改变,以实现虚拟环境下的人机互动。测试表明,本系统能够准确地实现训练场景的虚拟化,对使用者的各个动作的识别率较高,提高了训练者的学习效率。