基于Web的虚拟零部件库系统的研究与设计
这是一篇关于虚拟现实,PDM,三维CAD技术,零件库的论文, 主要内容为计算机及网络的发展与应用使得制造业朝着“全球化”、“网络化”、“虚拟化”、“敏捷化”的方向发展。企业间需要通过信息共享、专业化协作来搭建世界级的制造和供应网络。基于Web的零件库系统由此应运而生,它充分利用网络技术,最大限度地共享企业内部和外部资源。 本文研究的主要内容是基于Web的虚拟零部件库系统的设计与实现,包括系统总体方案设计、系统功能模块分析设计、系统软件测试及性能优化。 在研究了零件库及虚拟现实技术在国内外的发展及应用现状,特别分析了零件库技术在铁路行业的应用现状后,采用了B/S模式的现代虚拟零部件库系统的设计思想进行设计。研究了Struts-Spring-Hibemate架构、计算机网络技术、网络数据库技术、三维CAD技术、虚拟现实技术及PDM等相关技术理论。对组成系统的各个子系统:产品管理子系统、留言管理子系统、信息中心子系统和系统管理子系统等进行了具体的功能分析设计与实现。系统经过测试和性能优化,基本达到最初的设计需求。 与其他基于Web的零件库系统不同,本系统主要是针对铁路行业而设计开发的,所提供的模型也是铁路行业常用的轨枕模型及其配件,桥梁模型及其配件等,具有很好的实用性。
基于VR技术的储罐油品蒸发损耗研究
这是一篇关于油品储罐,蒸发损耗,油气扩散,虚拟现实的论文, 主要内容为石油及其产品在静止储存和收发作业过程中,由于受到工艺技术和设备的限制,不可避免地会有部分轻质组分蒸发到罐内气体空间,经由呼吸阀逸入大气,造成油品损失和环境污染,甚至引发安全事故。本论文旨在探究储罐油品蒸发损耗过程,确定不同工况下油品蒸发损耗量,为采取降低蒸发损耗措施提供理论依据;研究油气分子在大气中扩散的规律,确定油气排放时罐区油气浓度分布,为识别油库油气高浓度危险区域提供指导。通过对储罐油品蒸发损耗和油气泄漏扩散进行调研,掌握最新虚拟现实技术应用方法,优选储罐油品蒸发损耗计算模型和油气泄漏扩散模型。对于油品蒸发损耗,确定选用瓦廖夫斯基-契尔尼金公式、康士坦丁诺夫公式和API理论公式,三种公式的计算结果与实际损耗量误差较小。对于油气泄漏扩散,综合分析各种气体扩散模型的优缺点、适用情况和计算精度,确定选用随机游走模型和高斯模型。将随机游走模型用于模拟油气分子扩散的动态过程,根据随机游走模型动态风场的表征方式,对高斯烟团模型进行改进,用于模拟罐区油气浓度分布。为确定不同工况下油品蒸发损耗量,重现油气分子在罐区扩散的过程,以某油库罐区实际场景为依据,设计开发一套基于VR技术的储罐油品蒸发损耗虚拟仿真软件。在确定油品蒸发损耗计算模型和油气泄漏扩散仿真模型的基础上,融合虚拟现实技术,通过软件功能分析、数据流程设计、功能模块设计和开发平台搭建等工作对软件进行设计。利用3ds max搭建三维场景模型,使用实际摄影图片对模型贴图渲染,提高模型的仿真度和真实性;利用Py Qt5设计软件登录界面、油品蒸发损耗计算界面和三维油气扩散仿真界面,针对不同界面控件,建立信号与槽机制,实现数据和指令的交互;选择Python为编程语言,调用OpenGL中各种函数和OSG粒子系统,显示库区三维场景,模拟油气分子在场景中扩散动态过程。对各个模块代码、数据和文件进行整合,开发一套基于真实场景的储罐蒸发损耗计算及油气扩散动态过程模拟的三维仿真软件。根据案例中的数据,利用该软件模拟不同工况下油气扩散动态过程,确定罐区油气浓度分布,分析环境风速和大气稳定度等因素对油气扩散的影响;计算不同工况下的油品蒸发损耗量,根据软件计算结果,探究温度和压力等参数对油品蒸发损耗的影响效应。
液压传动虚拟教学系统VR/AR关键技术与设计实现
这是一篇关于虚拟现实,增强现实,Unity3D,液压传动的论文, 主要内容为针对传统液压传动教学课程中存在理论抽象、实验器材不足等问题,本研究以液压传动课程为研究对象,利用VR和AR技术,按照教育部教学改革要求,研发出一套液压传动虚拟教学系统,为新兴产业相关工科专业发展拓展了新的教育途径。本文主要工作如下:(1)系统整体设计:首先针对液压传动课程的教学需求,从功能需求和性能需求两方面对系统做出分析;然后确定系统开发平台及工具;最后给出液压传动虚拟教学系统的整体框架结构。(2)系统关键技术:根据系统整体开发需求,明确系统开发所需关键技术。首先,通过三维建模和渲染技术建立各类液压元件的三维模型,再经优化渲染处理后,完成液压元件库的建立;其次,利用碰撞检测技术给出液压系统中处理液压元件碰撞的具体方法步骤,完成液压元件指定位置的移动;接着,利用拖尾渲染技术,给出制作拖尾渲染器的具体方法步骤,完成拖尾渲染的效果;然后,通过三维注册技术给出Vuforia插件结合Unity3D的具体使用步骤,进而完成系统AR功能的开发实验环境的搭建;最后,根据交互界面设计,总结出系统整体操作界面的设计步骤。(3)系统模块功能实现:基于Unity3D平台,结合AR/VR技术,首先,进行理论教学模块下的教学内容设计,完成图片和文字显示以及音视频播放功能;其次,实现液压元件模块下的液压元件结构展示功能、拆装功能;第三,给出液压回路模块下以碰撞检测方法搭建液压回路的方式、使用拖尾渲染技术实现流体模拟功能以及实验数据记录功能;然后,结合My SQL数据库,给出评测模块的实现方法;最后,在基于增强现实的手机端,结合Unity3D和Vuforia SDK搭建基本实验环境,以基于触屏的交互方式设计,完成了旋转和缩放等功能。给出在应用虚拟现实PC端和应用增强现实手机端这两种不同操作平台下的实现方式,完成液压传动虚拟教学系统开发。(4)系统效果验证:首先通过系统测试与发布,验证系统运行效果;其次通过线下实验和问卷调查进行对比分析;最后结合师生访谈结果,得出结论:学生对虚拟仿真实验有较高的满意度,相较于传统教学方式,液压传动虚拟教学系统具有较大的使用价值,对教学效果具有一定的提升作用。
基于Three.js的机器人虚拟实验系统的研究与开发
这是一篇关于虚拟现实,Three.js,机器人教学,线上实验,机器人交互的论文, 主要内容为制造业处于智能化转型阶段,机器人人才缺口问题对传统机器人实验教学提出了挑战。传统机器人实验教学中存在着缺乏直观性、危险性大、设备造价昂贵、实验场所不够灵活等问题。另一方面,随着线上教学的不断开展,线上实验的需要也愈发迫切,因此有必要研究web端的机器人实验开展。选取型号配天AIR3-560A国产六轴机器人作为研究对象,围绕机器人虚拟实验的创建、交互等内容,研究基于B/S架构下的机器人虚拟实验系统,主要研究内容:(1)提出机器人虚拟实验的表现形式,确定了基于Three.js的技术方案。从虚拟实验和传统实验的对比出发,总结机器人传统实验的教学内容,基于教学内容提出了机器人虚拟实验的实验表现形式;对该表现形式进行了系统的需求分析,总结了功能性和非功能性需求;对现有的系统开发实现方案进行总结,并分别搭建了测试场景进行了方案的测试与对比,验证基于Three.js的开发路线的可靠性。(2)研究了虚拟实验对象组件化构建和提高场景资源加载速度。设计了系统中场景物体基础交互的方法,使系统交互过程更加灵活与自然;提出了实验对象的组件化建模方法和构建工作流,提高机器人虚拟实验系统中功能组件的复用性;分析了场景加载速度优化方案,使用了边坍缩的减面优化方法降低模型体积,提高了系统的模型加载速度。(3)设计了虚拟实验中机器人的认知类和实操类交互。分析了机器人交互对象的组件结构,设计具体的组件设计流程;设计了机器人虚拟实验中的示教器功能,并设计了机器人语言解释器对机器人编程代码进行解释;建立机器人D-H坐标系,推导出AIR3-560A机器人运动学模型,完成了适用于虚拟实验的机器人离线编程功能。(4)设计并开发了机器人虚拟实验系统,以“教师发布-学生完成”形式完成机器人线上实验教学,并且能够保存实验过程。文中以“认识机器人实验”和“机器人搬运实验”为例,验证了系统的可行性。
柔性可穿戴手部康复机器人的关键技术研究
这是一篇关于脑卒中,手部康复机器人,热塑性聚氨酯,虚拟现实,云平台的论文, 主要内容为随着人口老龄化程度不断加深,我国脑卒中患者的数量逐年攀升。脑卒中是一种急性脑血管疾病,具有极高的死亡率。手部运动功能障碍就是一种典型的中风后遗症。传统的康复治疗方式就是医师长期牵引患者手指做康复运动,然而康复医师和康复资源严重匮乏。近年来,随着机器人和虚拟现实技术的发展,康复医疗机器人的出现缓解了医师数量紧缺的矛盾,给患者提供了自行居家康复的可能性。本文设计了一套柔性可穿戴手部康复机器人系统,旨在帮助手部损伤的脑卒中患者进行康复训练和日常生活辅助。具体工作内容如下:首先设计了柔性双向驱动器和柔性外展驱动器。基于热塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethane,TPU)涂层织物仿制了一种辅助手指屈曲和伸展的柔性双向驱动器。为实现更好的康复效果,设计了一种柔性外展驱动器,并推导出其输出力矩与内部气压之间的关系。然后完成了气动控制系统的设计。该系统主要由微型气泵,高频电磁阀和控制电路板组成。通过气管将集成到手套上的驱动器与医疗箱中的气嘴阀门相连接,完成了柔性可穿戴手部康复机器人的设计。接着设计了基于云平台的康复训练系统软件。基于Unity3D开发了被动康复训练软件,为患者提供多功能康复训练以及日常生活活动辅助。开发基于Leap Motion传感器的镜像康复训练系统,设计了多种人机交互的虚拟游戏,并提出了一种RLSESN＿PID算法优化对手部康复机器人的位置跟踪控制。采用My SQL数据库和Java Web框架技术,设计并开发了存储患者康复数据的云平台。最后进行了手部康复机器人系统实验。对外展驱动器和机器人手套进行性能测试,证明了康复机器人可以提供足够的活动范围以及输出力。在镜像康复训练系统中,验证了RLSESN＿PID算法在控制精度和响应速度方面的优越性。招募10名健康受试者进行日常生活活动(Activities of Daily Living,ADL)实验,验证了外展驱动器对日常物品抓取成功率的提升作用。最后,纳入7名脑卒中患者进行四周的康复机器人训练,从临床意义上说明该手部康复机器人系统的有效性。
基于“人—机—环”的虚拟综采工作面人机交互系统设计与实现
这是一篇关于虚拟现实,综采工作面,人机交互,人-机-环,HTC Vive的论文, 主要内容为综采工作面是煤矿生产的主要环节,也是事故发生的高危区域。目前对于综采工作面的智能化研究已经取得了很大的进步,也实现了初步应用,大幅减少了作业人员的数量,但还是不能达到令人满意的程度。因此关于综采工作面的研究对智慧矿山和少人化、无人化绿色生产的实现具有十分重要的意义。虚拟现实技术作为新兴的技术手段,具有沉浸性、交互性和多感知性的特点,是数字孪生智采工作面构建的支撑技术。结合虚拟现实技术与综采工作面生产的特点,运用虚拟现实技术从人-机-环全方位构建虚拟综采工作面并实现人机交互,是实现煤矿的无人化生产的一种很好的方法。本文通过需求分析的方法对虚拟综采工作面人机交互系统进行了需求分析与架构设计,通过虚拟现实技术搭建了基于人-机-环的全景虚拟综采工作面场景,实现了界面交互、人物漫游、设备操作和大范围传送等功能,并利用HTC Vive交互设备提高系统的沉浸性,最后完成了对虚拟综采工作面人机交互系统的设计与实现,将虚拟现实与综采工作面的技术结合进行了实践。主要工作和研究成果如下:(1)基于需求分析的方法,在对虚拟综采工作面人机交互系统进行总体设计的过程中,确立了系统的设计目标,从功能性需求和非功能性需求两方面分析了系统的相关需求,并以此为依据对系统的整体架构进行了框架的设定,确定了系统的软硬件设计,建立了系统的设计与实现总体的框架。(2)基于“人-机-环”的场景构建原理,得出了虚拟综采工作面场景的构建方式。利用3ds Max等建模软件对人物、设备、巷道等进行了建模贴图,并进行了人物骨骼蒙皮和动作的制作,利用Unity3D从声音、光照和粒子特效三方面进行了矿井的环境仿真,完成了虚拟综采工作面全景构建,为系统的构建奠定了良好的基础。(3)基于人机交互理论与虚拟现实技术,构建了虚拟综采工作面人机交互系统。利用UGUI设计了系统的交互界面,实现了虚拟矿工人物在虚拟场景中的多种方式漫游方式和设备介绍,用UI界面交互和手动交互两种方式实现了液压支架操作的功能,最终完成了系统人机交互的开发。(4)基于HTC Vive交互设备,对系统的人机交互方式进行了拓展,使用户能够通过手柄对系统进行操作,并解决了用户易受外部干扰的问题。在系统发布后,对系统进行了完整的功能测试和基于Unity3D的Profiler的性能测试,得到了比较满意的测试结果,验证了系统的设计与功能,并基于用户测试法对系统进行了定性与定量两方面的用户体验分析,对系统的人机交互设计与用户体验进行了实验验证。本文通过对虚拟综采工作面人机交互系统的研究,提出了虚拟综采工作面人机交互系统的设计方案,实现了人机交互的相关功能,完成了对系统的设计与实现,为综采工作面与虚拟现实技术的结合奠定了一定的基础,为数字孪生和CPS的虚实交互技术提供技术支撑。
多源信息融合的心理测量关键技术研究
这是一篇关于心理测量,多源信息融合,孤独症谱系障碍,量表智能化,虚拟现实的论文, 主要内容为智能可穿戴传感技术、虚拟现实技术、计算机网络技术、数据挖掘技术、人工智能技术等现代信息科学技术的飞速发展,使得信息科学能够与心理学的研究范式有机结合,这可以有效地改善传统的心理测量学的研究方法与研究工具,具有广阔的应用前景和现实意义。本文基于心理学科与信息科学的交叉融合,对多源信息融合的心理测量关键技术展开研究,论文的主要研究工作和成果包括:(1)分析研究并设计实现了一套普适性智能心理评估系统。本文在充分调研当前医院医疗、特殊教育、监狱管理等不同机构的心理测量工作及信息化现状的基础上,分别从需求分析、总体架构、技术架构、用户端软硬件、管理端软件等方面进行详细设计与实现。总体架构中的应用层将用户服务与管理服务部署在Pod中,借助Kubernates实现微服务治理,充分发挥了微服务在分布式系统中的优势。用户端基于C/S架构,使用Microsoft.NET Framework 4.0+Hybrid App提供丰富的心理评估内容,设计并制作了人性化硬件平台,合理配置交互、生理、行为三类传感采集装置;管理端基于B/S架构,采用Nginx+Spring Cloud+ Springboot+MyBatis+Shiro+MySQL+Redis搭建分布式后台管理系统,保证了系统可靠地运行。该系统的设计与实现,不仅增强了心理评估的客观性和有效性,还能节省施测方的人力资源和时间成本,对不同领域和机构的心理测量工作均具有一定的普适性。(2)提出了基于特征层融合的情绪心理状态P值评价方法、基于决策层融合的情绪心理状态识别方法和基于多视角模型判决融合的重度心理疾病诊断模型。本文综合比较了数据层融合、特征层融合和决策层融合三种多源信息融合策略的优势与劣势。鉴于特征层融合与决策层融合在情感心理识别领域中的优越性,本文首先提出了基于特征层融合的情绪心理状态P值评价方法,该方法有效解决了多源信息在特征层次上的融合问题,完全适用于本文提出的普适性智能心理评估系统。其次,本文提出了基于决策层融合的情绪心理状态识别方法,将基于面部表情的情绪分类器与基于语音信号的情绪分类器进行决策层融合以识别6种基本情绪状态,该方法也适用于本文提出的普适性智能心理评估系统。同时本文还将多视角概念引入基于决策层融合的重度心理疾病诊断方法中,综合重度心理疾病患者在影像数据,情感诱发下的表情、行为和生理数据,以及相关基因表达数据上与心理健康者之间的差异性,提出了基于多视角模型判决融合的重度心理疾病诊断模型,该模型能够更加全面准确地评估重度心理疾病患者的心理健康状态。(3)基于VR和量表智能化对孤独症儿童的评估展开系列研究。从广义上讲,对孤独症群体能力缺陷的评估也属于心理测量学范畴。本文研究了 ABC、ADOS-G、ADI-R、ATEC等经典孤独症儿童评估量表,针对当前国内孤独症儿童评估量表的现状,编制了中国本土化且适用于VR转化实现的《孤独症诊断与治疗评估量表(ASTRS)》初测量表。其次,将中国特殊儿童评估干预平台ALSOLIFE简化为一套基于VR的评估-训练系统框架,并以该框架中的子场景为例,创新性地提出了基于VR和ASTRS量表智能化评估的方法。最后,研究并设计实现了一个基于VR的孤独症儿童社交技能训练系统,提出了基于LTM分层提示的结构化JA训练方法和注意力分布检测方法,通过实验设计和评价指标论证了系统在评估孤独症儿童社交能力缺陷上的预期有效性。
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