沉浸式虚拟维修验证系统--技术介绍

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1、沉浸式虚拟维修验证系统（VRＭ-B）北京瑞风协同科技股份有限公司2011-61系统功能及组成介绍1.1背景维修性分析/验证/评估是装备维修性设计的重要环节。传统的装备研制中，一般是在设计时进行维修性设计/分析，出样机后才能进行维修性的验证/评估。这样往往难以保证维修性满足要求，带来时间和费用损失。先进装备的设计需要高效的维修性分析/验评/评估手段。随着装备设计的数字化水平不断提高，很多设计单位在研制阶段就生成了装备数字化模型。但是，如果没有有效手段与数字样机进行互动，例如进行装配、拆卸与维护等环节的模拟

2、，那么对装备的维修性仍然是难以提前验证/评估的。虚拟现实技术正逐渐成为维修性分析/验证/评估的重要发展方向。利用虚拟现实技术构建一种基于数字化模型的沉浸式交互环境，用户借助虚拟现实数字设备以亲身体验的方式与虚拟环境中的各种对象（装备/设施/设备/背景等）进行交互，从而产生“沉浸”于真实环境的感受和体验。同时为其它用户提供虚拟环境的全过程三维显示供考察和评估。虚拟现实技术也可以作为装备维修培训的重要手段。利用在虚拟环境中的亲身体验，可以预先获取类似于实装上的使用操作经验，从而降低训练费用、提前开始训练、扩

3、大训练范围。此外，录制下来的三维环境中的维修过程动画过程，可以作为维修培训的图形化教程。1.2VR-B型系统功能介绍沉浸式维修验证系统主要功能如下：a)维修任务和场景的建立和管理。利用数据接口从产品数据管理系统（PDM）和维修性设计/分析软件中获取产品的数字模型和维修规划数据，构建三维产品模型库、维修场景库和维修任务库。b)维修过程的模拟和验证。在维修任务场景中，操作人员借助虚拟现实设备，在数字化的三维场景中按照装备维护维修的顺序进行各种模拟操作，并亲身体验维护操作过程。针对既定的维修任务，初步验证其维

4、修规划的合理性，为改进方案和编制维修规程提供依据。c)维修可见性、可达性、维修障碍以及维修空间的分析。在虚拟的维护维修场景内，操作者可随意改变头部姿态，来考察可见性；操作者通过肢体的运动，来考察可达性；通过对人体与三维场景内的装备和设施的几何干涉检查，来分析维修障碍；通过计算肢体与装备之间、工具与装备之间的空间距离，来分析维修空间是否足够。d)综合的维修性初步评估。记录下在维修模拟过程中的各种关键信息，包括时间、路线、异常情况频度等，对该维修规划的合理性、效率等方面进行初步的综合评估。通过操作者在模拟过

5、程中的亲身体验，例如工作的姿态、负荷、相互配合等，初步评估维修人员感受。e)维修训练素材的产生。将三维数字化环境下的维修模拟过程记录下来，形成可以交互式播放的三维动画，可以嵌入到装备的维护维修训练手册中，提高装备维修训练的直观性，并降低训练费用。1.3VR-B系统组成介绍沉浸式维修验证系统VR-B，由维修任务/场景服务器、沉浸式维修模拟终端、建模管理终端、监控指挥终端、维修分析终端、桌面观摩终端等几部分组成（与原来A型不同的是，VR-B是标准的客户/服务器体系架构），如下图：上图中，各个部分具体包括内容

6、如下：维修任务/场景服务器，由任务/场景监控服务器、文件/数据库服务器和相应的管理服务程序组成。本部分作用是：管理模型库/场景库/任务库数据、监控维修任务及场景的运行状态、管理用户权限、管理用户维修记录、执行必要的客户端之间的协调处理。沉浸式维修模拟终端，由捕捉处理和头盔图像渲染两部分组成，前者由光学捕捉设备、数据衣（或光学标识设备）、数据手套、捕捉处理计算机组成，后者由数据头盔、头盔图形渲染计算机组成。其中，捕捉处理计算机的作用是：实时捕捉人体各个部位的方位，转换为人体姿态数据。头盔图形渲染计算机的作

7、用是：接收捕捉得到的三维人体姿态数据、结合维修场景的数据，进行三维图形生成（左右眼的图形），并输出给数据头盔。监视/指挥终端，主要由投影图形渲染计算机、大屏幕体力投影系统、以及相应的软件组成。作用是：接收捕捉得到的三维人体姿态数据、结合维修场景的数据，进行三维立体图形生成，并输出给双通道的立体投影系统，供领导和专家对于维修模拟过程的检查、评估和指挥。其中立体投影系统由立体投影仪、投影大屏幕、立体眼睛等组成。建模管理客户端，主要由建模管理计算机、建模管理程序和模型转换程序组成。作用是：接收来自CAD/PD

8、M软件的产品三维数字模型和产品结构数据。通过模型转换处理，生成模型库数据并存储到服务器。同时，通过选择模型和定义约束，生成维修场景库数据并存储到服务器。通过选择场景和预设维修过程，生成维修任务库数据并存储到服务器。维修分析终端，主要是维修分析计算机和维修分析软件。本部分的作用是：记录虚拟维修过程、维修障碍分析、维修时间分析、维修空间分析等。控制/观摩终端，由图形渲染计算机及相应软件组成。本部分的作用是：控制维修模拟任务的开始/结束/暂停，控