基于3D引擎的变电站虚拟设备实现研究

针对变电站虚拟培训场景需要实现高真实感、高交互性的变电站虚拟设备的培训要求,提出了基于3D引擎实现变电站虚拟设备的思想,对3D引擎实现虚拟设备概括出了"几何特性+行为特性+交互特性"的实现方法,结合变电站虚拟设备应用特点,设计实现了适于虚拟设备的交互算法,使得虚拟设备的交互性进一步提升。     

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.     

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.     

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.     

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。     

航天员虚拟交互操作训练多体感融合驱动方法研究

针对航天员虚拟训练中的人机自然交互问题,基于体态/手势识别和人体运动特性, 提出一种多通道数据融合的虚拟驱动与交互方法。结合Kinect 设备能够完整识别人体姿态特点 及LeapMotion 设备能精确识别手势姿态的优势,提出了基于判断的数据传递方法,在人体关节 识别的基础上对手部关节进行识别与数据处理计算,采用多通道体感识别融合方法将二者结合, 并进行了实验。结果表明,通过采用LeapMotion 和Kinect 对手部识别的判别,当手势在 LeapMotion 识别范围内,能够在实现人体体感识别的基础上增加较为精确的手势识别。此方法 成功实现了人体姿态识别和手势精确识别的结合,可应用于航天员虚拟训练中的人机自然交互 中去。     

沉浸式虚拟装配中物体交互特征建模方法研究

沉浸式虚拟装配是一种"人在回路"的虚拟现实系统,可用于大型设备的设计及装配人员的培训等领域.作为其关键技术之一,如何实现"真实"人对"虚拟"物体的操作,仍是一项具有挑战性的工作.针对这一问题,提出了一种基于交互区和状态机的物体交互特征建模方法.通过交互区,虚拟物体可理解用户的操作意图,并据此发生相应的状态转换,进而正确监测用户的交互行为.该方法可实现包括使用工具在内的复杂装配操作以及对装配流程的管理控制.通过在实际项目中的应用验证了该方法的有效性.     

约束切换与阻抗显示力反馈设备的稳定性研究

􀁽研究了虚拟现实力觉交互系统中基于阻抗显示原理的交互设备丧失稳定性的原因以及振荡抑制方法.通过分析单边约束的特点,将复杂虚拟物体形状的感知和交互过程归结为动态单边约束的接触问题.采用力反馈设备Phantom建立试验平台,通过分析不同类型的单边约束下虚拟力信号的时间和空间分布规律,发现了动态单边约束交互仿真中产生振荡的原因.给出了基于虚拟力信号空间梯度的消除振荡的方法.试验表明,该方法可以有效抑制振荡,实现稳定的力觉交互控制.     

基于Virtools的三维交互虚拟啤酒灌装线的构建

以虚拟啤酒灌装生产线为研究对象,对大型虚拟设备及灌装生产线的构建过程、模式方法进行了探讨和研究.通过虚拟设计、几何建模及时生产线整体运行时虚拟设备传动关系数学建模,采用Normal Mapping和Shader等次世代图形图像技术,结合Virtools实时渲染引擎,开发出场景式、高交互、超现实、网络化的虚拟啤酒灌装生产线,并将所构建的虚拟生产线应用到职业教育的生产实训和相关企业的岗前培训.     

基于混合现实的矿用设备维修指导系统

针对矿用设备现场维修知识和专业指导不足导致维修效率低、周期长,虚拟现实和增强现实技术实现平台一般为头戴式设备、手机等,设备的移动性很好,但用户只能依赖交互手柄、触摸屏进行交互,视觉体验缺乏真实性,设计了一种基于混合现实的矿用设备维修指导系统。该系统基于Unity3D虚拟现实平台,采用混合现实设备HoloLens实时显示维修指导方案,实现了矿用设备原理虚拟仿真、基于二维码的设备管理、设备维修指导和远程专家协作等功能。HoloLens通过虚拟文字、虚拟设备模型、动画及语音提示等方式将维修指导信息直观地呈现给维修人员,维修人员可通过视线跟踪、语音交互、手势识别等方式与HoloLens交互。采煤机齿轮磨损故障维修指导应用实例验证了该系统的实用性和有效性。     

虚拟仿真在煤矿安全培训教育中的应用

以矿工安全生产、安全技能培训和提高矿井效益为主要目的,论述使用计算机虚拟现实技术构建煤矿安全培训教育系统的重要性,并简述了虚拟现实的关键技术。用3D MAX进行建模、贴图和渲染,Virtools DEV工具开发交互式煤矿安全培训教育系统。通过声音、文字说明、图像、三维漫游等形式,展现煤矿生产过程中的不安全行为造成的后果。该系统已投入使用,极大提高煤矿安全培训的质量,取得良好的培训效果。     

基于Virtools的井控仿真培训系统的设计与实现

采油生产最大的安全隐患来自于井控安全,针对油田井控安全操作培训的弊端,提出了基于Virtools的井控仿真培训系统。文中基于虚拟现实技术,介绍了基于Virtools开发井控仿真培训系统的一般方法,并从模型的建立、模型的优化、模型的转换、场景集成、系统结构、系统功能这些方面对系统的设计与实现进行了详细的论述。实现了具有井口漫游、双视口显示、交互菜单、演练及考评等功能的井控仿真培训系统。借助于这样的一个培训系统,提高了培训效果,提升了员工的整体操作水平,实现了操作标准化,进一步保障了井控安全。     

无人机虚拟维修训练系统关键技术研究

针对传统无人机维修训练的不足及虚拟维修训练系统设计的现状,提出了突显机电类装备特点的无人机虚拟维修训练系统设计思想,将装备的外观模型和机理模型分离开来,以场景优化、交互控制、数据储存、过程控制及实时通信等关键技术为研究重点.利用过程控制模块模拟无人机的动态工作过程,数据存储模块提供故障诊断需要的遥控遥测指令及电流电压等信息,借助实时通信模块搭建样机与检测设备的通信桥梁完成无人机故障诊断训练.最后,以某型无人机的飞行控制柜为例进行验证,结果显示在实时性及逼真度方面均达到了较好的效果.该系统开发简单,达到了机电类装备维修训练系统开发的要求.     

化工企业安全教育系统的设计与实现

化工企业的安全生产是至关重要的,而生产过程中事故的发生往往和人的不安全行为紧密相关,因此对职工的日常安全教育工作格外重要。基于对化工企业日常安全教育工作的考察,研究了化工企业安全培训工作中的信息化方法,并设计开发了石化企业安全教育系统,提供面向职工的安全信息培训、考核、管理方法,结合多媒体、虚拟现实等技术提高了教育的真实感和参与度。该系统基于B/S模式开发,使用.net框架和各种Web技术完成了3层架构的可扩展系统,并利用JavaScript脚本实现了网页内的虚拟现实场景交互试题。目前该系统已在某化工企业成功运行,其使用已成为部门绩效考核的一部分。     

基于力反馈的虚拟拆卸系统关键技术研究

在虚拟拆装系统的研制过程中,一般要求设计的系统具有尽可能好的“沉 浸感”,除了给用户良好的视觉感受外,应尽可能多的增加其它感官感受,例如触觉等。因 此,对于力/触觉反馈的研究就变得尤为重要。该文在对PHANTOM Omni 力反馈装置工作 原理分析的基础上,运用VC++与OSG 相结合,实现了虚拟物体的拾取和交互式移动,针 对典型机械装备,开发了基于力反馈的交互式虚拟拆卸系统。使维修人员对机械产品和维修 场景产生最直接的感受与真实的操作体验,提高维修人员的维修质量和效率,降低训练成本。     

基于虚拟现实技术的煤矿安全培训系统

针对传统煤矿安全培训手段单一、效果不理想的问题,提出了基于虚拟现实技术的煤矿安全培训系统。该系统应用虚拟现实开发软件3DS MAX和Virtools DEV来完成设备建模、场景构建和交互式系统的开发,实现了煤矿风险预控、事故案例再现和事故应急救援的仿真。应用结果表明,该系统通过三维仿真和交互形式可有效提高煤矿安全培训的针对性和实施效果,达到提高安全意识、减少安全事故的目的。     

基于虚拟现实的煤矿设备装配仿真系统研究

针对煤矿大型设备装配存在拆装繁琐和成本高的问题,以采煤机、液压支架、掘进机和提升机为研究对象,采用虚拟现实技术设计并实现了一套由虚拟装配子系统、场景仿真与漫游子系统组成的虚拟装配与仿真系统.利用Maya对大型设备建模,通过VS程序设计,在Unity中进行交互控制,实现了设备的虚拟装配与拆卸、采煤工作面的虚拟仿真漫游功能.系统有效地提高了训练效果,形象逼真地再现了煤矿井下生产过程,具有良好的沉浸性和交互性.测试表明:经该仿真系统训练与使用,有效提高了设备实际装配与拆卸能力,同时降低了成本,具有显著的实际应用效果.     

基于虚拟现实技术的电力安监仿真培训系统

电力安监培训是提高操作人员素质,保证电力系统安全、有效运行的重要手段之一,将虚拟现实技术引入其中,不但能节省教师人力资源和硬件设备资源而且增强了培训效果。本文介绍了基于虚拟现实技术开发的电力安监仿真培训系统中的三维建模、碰撞检测和交互行为控制等关键技术,并详细叙述了系统的架构和各模块的功能。系统的开发应用为电力作业人员的培训带来方便,有效提高了电力安全作业水平。     

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.     

Research on hybrid synchronization methods in multi-user collaborative VR simulation medical surgery training system

The simulation training system based on VR technology has been applied in clinical medicine due to its immersive interactive experience, economy, and safety. In response to the limitation that most medical surgery training systems can only achieve single user operations, a hybrid synchronous model based multi-user collaborative framework design is proposed to meet the needs of collaborative training in virtual reality teaching processes. Based on the characteristics of frame synchronization and state synchronization, the synchronization method has been improved. Based on frame synchronization, specific state synchronization is used on interactive events to improve the consistency of operation details and real-time action. On this basis, a system prototype has been implemented using Unity 3D, and compared with traditional schemes, analysis shows that it has faster response speed for disconnected reconnection and more stable interaction state.