一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统，该方法及系统通过分析产品实际维修任务及过程，对沉浸式虚拟维修仿真进行设计，将传统数字样机进行模型转换及一系列处理，导入到虚拟维修场景中，并完成整个虚拟维修场景的构建工作，为场景中的物体施加符合实际的动力学和物理学约束，对虚拟场景进行多通道渲染，配置交互功能，采集用户在场景中的动作数据，完成产品的维修性验证。本发明专利技术基于一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统，克服了传统桌面式虚拟维修仿真的不足，提高了虚拟维修仿真的效率与真实性。

An immersive virtual maintenance simulation method and system for product maintainability verification

The invention discloses an immersive virtual maintenance simulation method and system for product maintenance verification. This method and system design the immersive virtual maintenance simulation by analyzing the actual maintenance task and process of the product. The traditional digital prototype is transformed into a model and a series of processing are carried out, and the virtual maintenance scene is introduced into the virtual maintenance scene. In addition, the whole virtual maintenance scene is completed, and the actual dynamic and physical constraints are applied to the objects in the scene, the virtual scene is rendered multichannel, the interactive function is configured, the action data of the user in the scene is collected, and the maintainability of the product is verified. The invention is based on an immersive virtual maintenance simulation method and system for product maintainability verification, which overcomes the shortage of traditional desktop virtual maintenance simulation, and improves the efficiency and authenticity of virtual maintenance simulation.

【技术实现步骤摘要】
一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统
本专利技术涉及维修性设计及验证的
，具体涉及一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统。
技术介绍
维修性是产品的固有属性。对于大型复杂产品，维修性对产品效能发挥、运营成本以及使用安全都十分重要。良好的维修性设计，能够使产品在投入使用后，显著提升效能，降低运营成本，提高产品安全。因此，在设计阶段时，应该给予维修性设计充分的重视。维修性验证是产品维修性设计的重要一环。产品维修性的定性定量设计是否满足要求，都要通过维修性验证来进行检验。目前，数字样机已经代替物理样机，在设计阶段已经得到大量使用。数字样机的应用可以使设计人员在早期开展对产品进行可视化的设计活动，及时发现设计缺陷并加以改进，避免了物理样机造价高昂，一旦发现设计缺陷，却由于设计工作已经完成而难以更改的问题。然而，对于维修性验证来说，传统的方法仍然具有一定的局限性。这是由于，维修是一项典型的人机交互活动，而传统的维修性验证基本都是在桌面式仿真软件中开展，由设计人员基于数字样机制作一段仿真动画，在仿真动画的过程中进行维修性验证。这种非沉浸式的仿真方法受设计人员主观影响较大。对于同一维修任务，经验不同，习惯不同的设计人员，制作出来的维修仿真可能有较大差异，并且由于仿真人员没有实际的或者接近于真实环境的维修体验，这会给维修性验证结果带来较大的不确定性。此外，仿真动画往往都是基于关键帧控制的方法制作，为了让仿真动画逼近真实维修情况，设计人员需要耗费大量的时间精力在调整以及增加关键帧的操作上，导致仿真效率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统，它可以克服现有技术上述的不足，实现了更加快速客观的进行维修性验证。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，包括如下步骤：步骤1、对产品虚拟维修仿真任务进行设计；步骤2、对数字样机进行面向虚拟维修仿真的处理；步骤3、根据前两步得到的结果，将数字样机导入虚拟环境，构建虚拟维修场景，建立动力学及物理约束；步骤4、对构建好的虚拟维修场景进行多通道渲染；步骤5、根据交互设备，绑定交互操作，为用户输出三维视觉信息；步骤6、捕捉并记录用户在虚拟场景中的动作数据；步骤7、根据用户在沉浸式场景中与虚拟维修环境的交互情况，对产品维修性进行核查。可选的，产品虚拟维修仿真任务设计方法包括：对产品虚拟维修任务进行分析，确定维修方案及流程；根据具体的维修任务场景，获取所需的维修工具、辅助保障资源清单；获取该虚拟维修仿真需要进行的产品维修性核查项。可选的，数字样机面向虚拟维修仿真的处理方法包括：对数字样机进行模型转换；轻量化处理数字样机模型，删除不必要信息，减小数据量；根据沉浸式仿真需要，对数字样机进行其他处理，如添加纹理、颜色，对数字样机的各个零部件进行重组等。可选的，虚拟维修场景构建方法包括：根据维修任务及虚拟维修场景需要，在虚拟环境中添加除维修目标设备之外的其他数字模型，如维修工具，辅助设备等；各样机的尺寸以及之间的位置关系符合实际情况。可选的，动力学及物理约束方法包括：根据产品实际动力学特性，为虚拟样机添加各类运动副，使其运动满足维修仿真的真实性需要；根据产品实际物理学特性，为虚拟环境中的物体添加物理约束，定义物体为刚体或柔性体，设置虚拟环境中的重力方向。可选的，交互设备操作绑定方法包括：基于Virtual-RealityPeripheralNetwork(VRPN)协议，将于虚拟维修环境的各类交互功能绑定到虚拟现实外围设备上。可选的，维修性验证方法包括：根据所需进行的维修性核查项，在用户与虚拟环境交互的过程中，对维修性相关项进行核查验证。本专利技术还提供一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真系统，该虚拟维修仿真系统包括：数据库管理模块，用于存储、读取虚拟维修场景中常用的维修保障资源的数字模型；数字样机处理模块，对数字样机进行模型转换，轻量化处理以及其他处理工作；仿真任务构建模块，导入处理后的数字样机，建立仿真任务场景，并为场景中的物体建立动力学和物理约束；多通道渲染显示模块：对维修场景进行多通道图形渲染和输出；场景交互模块：将用来与虚拟维修环境进行交互的操作绑定到相关硬件设备上，并与虚拟场景展开交互；动作捕捉模块：捕捉并记录用户在虚拟场景中的动作数据，用以支持场景交互，及维修性核查；维修性验证模块，在虚拟维修仿真过程中，对维修性相关项进行核查。可选的，仿真任务设计模块包括：产品实际任务分析子模块，用于分析产品的实际维修任务及流程；虚拟维修任务设计子模块，用于根据产品实际任务分析，设计虚拟维修仿真任务流程。可选的，数字样机处理模块包括：格式转换子模块：用于将数字样机进行模型转换；轻量化处理子模块：对数字样机进行轻量化处理，剔除不必要的信息，减少数据量；辅助处理子模块：用于添加纹理、颜色，对数字样机的各个零部件进行重组等。可选的，仿真任务构建模块包括：模型导入子模块：用于将处理后的数字样机及其他维修保障资源的数字模型导入到虚拟环境中；虚拟场景构建子模块：构建虚拟维修场景，将各个模型按照要求的位置要求在场景中布局，还原真实产品维修情景；动力学及物理约束模块：为虚拟场景中的物体施加符合真实情况的动力学及物理约束。可选的，场景交互模块包括：指令设备绑定子模块：用于将交互操作指令绑定到交互设备；场景交互子模块：用于用户与虚拟场景展开交互。可选的，场景交互模块包括：指令设备绑定子模块：用于将交互操作指令绑定到交互设备；场景交互子模块：用于用户与虚拟场景展开交互。可选的，动作捕捉模块包括：动作数据捕捉采集子模块，用于捕捉并采集用户的动作数据；交互命令定位子模块，用于为交互指令提供定位信息；视觉跟踪子模块，用于当用户在虚拟场景视线发生移动时，提供跟踪定位服务。可选的，维修性验证模块，用于在虚拟维修仿真的交互过程中，对维修性相关项进行核查。维修性核查项目、内容及标准，由维修性设计人员根据产品的实际维修性设计要求而制定。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术可以快速开展产品的虚拟维修仿真。现有的技术方法基于关键帧控制，制作虚拟维修仿真过程的时间往往是实际虚拟仿真时间的几十倍甚至是几百倍，而本专利技术可以极大缩短虚拟维修仿真的制作时间，提高仿真的制作效率。(2)本专利技术能够为维修性设计人员具有较好的沉浸感，使设计人员参与到维修仿真过程当中，通过在虚拟环境下与数字样机进行交互，提高了维修性核查验证的准确性。(3)本专利技术提供了一套完整的，在产品初期设计阶段就可以实行的沉浸式维修性验证核查方法及系统，满足了当前复杂产品设计的需要，缩短了设计周期，降低了设计成本，提高了设计效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中的沉浸式虚拟维修方法流程图；图2为本专利技术实施例中的沉浸式虚拟维修系统模块结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，其特征在于：所述仿真方法包括如下步骤：步骤1、对产品虚拟维修仿真任务进行设计；步骤2、对数字样机进行面向虚拟维修仿真的处理；步骤3、根据前两步得到的结果，将数字样机导入虚拟环境，构建虚拟维修场景，建立动力学及物理约束；步骤4、对虚拟维修场景进行多通道渲染；步骤5、根据交互设备，绑定交互操作，为用户提供交互功能；步骤6、捕捉并记录用户在虚拟场景中的动作数据；步骤7、根据用户在沉浸式场景中与虚拟维修环境的交互情况，对产品维修性进行核查。

【技术特征摘要】
1.一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，其特征在于：所述仿真方法包括如下步骤：步骤1、对产品虚拟维修仿真任务进行设计；步骤2、对数字样机进行面向虚拟维修仿真的处理；步骤3、根据前两步得到的结果，将数字样机导入虚拟环境，构建虚拟维修场景，建立动力学及物理约束；步骤4、对虚拟维修场景进行多通道渲染；步骤5、根据交互设备，绑定交互操作，为用户提供交互功能；步骤6、捕捉并记录用户在虚拟场景中的动作数据；步骤7、根据用户在沉浸式场景中与虚拟维修环境的交互情况，对产品维修性进行核查。2.根据权利要求1所述的一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，其特征在于：所述产品虚拟维修仿真任务设计方法包括：对产品实际维修任务及过程进行分析，确定虚拟维修方案及流程；根据具体的维修任务场景，获取所需的维修工具、辅助保障资源清单；获取该虚拟维修仿真需要进行的产品维修性核查项。3.根据权利要求1所述的一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，其特征在于：所述数字样机面向虚拟维修仿真的处理方法包括：对数字样机进行模型转换；轻量化处理数字样机模型，减小模型数据量，提高渲染及交互效率；根据沉浸式仿真需要，对数字样机进行其他处理：添加纹理、颜色，对数字样机的各个零部件进行重组。4.根据权利要求1所述的一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，其特征在于：所述虚拟维修场景构建方法包括：导入处理后的数字样机，并根据虚拟维修场景需要，在虚拟环境中添加其他数字模型：维修工具，辅助设备；各样机的尺寸以及之间的位置关系符合实际情况。5.根据权利要求1所述的一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法，其特征在于：所述动力学及物理约束包括：根据产品实际动力学特性，为虚拟样机添加各类运动副，使其运动满足维修仿真的真实性需要，根据产品实际物理学特性，为虚拟环境中的物体添加物理约束，定义物体为刚体或柔性体，设置虚拟环境中的重力方向；所述交互设备操作绑定方法包括：基于Virtual-RealityPeripheralNetwork(VRPN)协议，将用于虚拟维修仿真的各类交互功能绑定到虚拟现实外围设备上；所述维修性验证方法包括：根据所需进行的维修性核查项，在用户与虚拟环境交互的过程中，对维修性相关项进行核查验证。6.一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真系统，其特征在于：所述仿真系统包括：数...

【专利技术属性】
技术研发人员：周栋，郭子玥，周文强，陈嘉宇，周启迪，吕川，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11