桌面式三维虚拟维修模型的建模系统技术方案

本发明专利技术提供一种桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，包括：几何属性建模单元，用于绘制虚拟维修对象的外形结构，建立约束关系；过程属性建模单元，用于将维修对象的维修过程序列化、标准化；行为属性建模单元，用于设置虚拟工具，并建立对虚拟工具的实时跟随；交互属性建模单元，用于建立虚拟维修过程中与用户的交互模式，所述交互模式包括：虚拟维修演示模式和虚拟维修训练模式。本发明专利技术提供的桌面式三维虚拟维修模拟维修模型的建模系统，能够利用计算机将相关的设备硬件和虚拟软件结合，对维修对象建立三维虚拟维修模型，在虚拟环境中实现对维修对象的仿真模拟。

【技术实现步骤摘要】
桌面式三维虚拟维修模型的建模系统
本专利技术涉及虚拟现实
，尤其涉及虚拟现实技术在武器装备维修领域的应用。
技术介绍
近年来，随着机械电子技术以及制造技术的发展，各种装备的复杂程度越来越高，从而导致了装备的维护保养以及维修成本大幅度上升，同时维修工作对保持机械电子类产品和复杂装备的完好性和持续运行有着极其重大的意义。所以，复杂机械机电类产品和装备的维修工作越来越受到各方面的极大关注。以往对装备的维修培训，评价以及验证考核工作大部分都是在实装上完成，对装备维修人员的培训主要由某装备的生产厂家或者专门的配套培训机构两种途径完成。而这两种途径都有一个共同的特点，那就是都需要在实际装备上完成培训工作。正是因为这种实装训练的方式导致维修培训工作中有着很多的不足。尽管教材或者PPT方式的教学可以让学员较快的掌握维修相关的知识，然而远离实装现场，很难有形象直观的感受。维修学员对维修的装备以及维修工况环境也不能印象深刻。但是，如果将维修培训工作安排于实装上，则会面临诸如实装的数量、类型有限，训练场地不足等限制。这样，难以保证那些接受训练的维修学员在实装上操作训练的时间以及数量，维修的人员培训时间会延长。而且在维修培训过程中需要消耗大量的器材以及对装备造成损耗，这样就会大大提高了维修训练的成本。在实际装备上训练时，大量的故障现象以及维修手段难以重现，因而难以满足维修人员培训的需要。实际训练的装备难以跟上新装备的开发进度，而且一些新装备开发后，需要同时保证维修人员，此时的实装训练基本上不可实行，从而影响维修人员的质量。由于这些不足，一个更为优秀的维修训练解决方案的出现就显得格外重要。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种桌面式三维虚拟维修模拟维修模型的建模系统，能够利用计算机将相关的设备硬件和虚拟软件结合，对维修对象建立三维虚拟维修模型，在虚拟环境中实现对维修对象的仿真模拟。为了解决上述问题，本专利技术提供一种桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，包括：几何属性建模单元，用于绘制虚拟维修对象的外形结构，建立约束关系；过程属性建模单元，用于将维修对象的维修过程序列化、标准化；行为属性建模单元，用于设置虚拟工具，并建立对虚拟工具的实时跟随；交互属性建模单元，用于建立虚拟维修过程中与用户的交互模式，所述交互模式包括：虚拟维修演示模式和虚拟维修训练模式。可选地，所述几何属性建模单元基于维修工具、维修对象绘制所述外形结构，所述约束关系包括：装配约束、维修对象的部件的材质信息，所述约束关系作为模型轻量化的基础。可选地，所述几何属性建模单元的外形结构包括：高精度几何属性模型，用于建立维修对象的零件细节模型；低精度几何属性模型，用于从维修任务出发，对维修场景、维修对象、维修工具外形进行建模。可选地，所述几何属性建模单元利用双向多层次集合属性模型建模方法建立所述几外形结构，通过烘焙方法将高精度几何属性模型的细节用贴图渲染出来，并且将渲染出来的贴图贴到低精度的模型上。可选地，所述过程属性建模单元基于GB/T21654-2008《顺序功能图用GRAFCE规范语言》对维修过程进行拆装过程建模，以Petri网格理论为基础，采用图形表示，用步与转换描述维修过程。可选地，所述过程属性建模单元还用于在建模过程中加入报错机制，所述报错机制适用于在违反标准序列化操作时的报错机制。可选地，行为属性建模单元通过将虚拟工具挂在鼠标的光标中实现对维修工具的实时跟随。可选地，所述虚拟维修演示模式是通过按钮触发维修部件的拆装动画，为防止按钮触发动画时维修部件出现紊乱，在设计每个拆装步骤时保存维修部件的当前状态，在触发相应维修步骤按钮时首先调用上一步骤的部件维修状态，通过此设计思路，可以达到实时演示每一个虚拟维修步骤。可选地，所述虚拟维修训练模式是通过鼠标碰撞检测拾取维修工具，移动工具到达维修部位，通过碰撞检测或约束感知辅助定位的方法寻找拆卸零件，此时系统按照约束特征对工具和零部件进行匹配检测；检测通过后，系统调用目标状态库中的信息，确定工具盒零部件的连接状态；然后激活拆卸动作，并调用拆卸行为库的拆卸行为模型逆过程表现装配过程。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的桌面式三维虚拟维修模拟维修模型的建模系统，能够利用计算机将相关的设备硬件和虚拟软件结合，对维修对象建立三维虚拟维修模型，在虚拟环境中实现对维修对象的仿真模拟，其能够为装备的操作训练，维修操作训练等提供一个形象直观的模拟环境，从而有效的缩短的训练的时间，大大提升了训练的质量，以及节约了训练的费用。进一步优化地，通过双向多层次几何属性模型的建模方法，通过烘焙的方法把高精度模型上的细节用贴图渲染出来，然后把渲染出来的贴图贴到低精度的模型上，使得低精度的模型外观有了高精度模型的细节效果。这样不但增强仿真效果，同时对几何模型达到了轻量化的目的，从而降低了虚拟仿真对计算机硬件的性能要求，提高了虚拟仿真的效率。进一步优化地，所述虚拟维修演示模式下是通过按钮触发维修部件的拆装动画，为防止按钮触发动画时维修部件出现紊乱，在设计每个拆装步骤时保存维修部件的当前状态，在触发相应维修步骤按钮时首先调用上一步骤的部件维修状态，通过此设计思路，可以达到实时演示每一个虚拟维修步骤。附图说明图1是本专利技术一个实施例的桌面式三维虚拟维修模型的建模系统的结构示意图。图2是本专利技术一个实施例的几何属性建模过程示意图。图3是本专利技术一个实施例的过程属性中常见过程构型示意图。图4是本专利技术一个实施例的过交互属性建模过程示意图。具体实施方式所谓桌面式三维虚拟维修就是使用计算机图形学、虚拟现实等技术，本专利技术的桌面式三维虚拟维修模型的建模系统利用计算机，将相关设备硬件和虚拟软件结合起来，在虚拟环境中实现对实体装备的仿真，用于实装的维修训练的系统。其能够为装备的操作训练，维修操作训练等提供一个形象直观的模拟环境，从而有效的缩短的训练的时间，大大提升了训练的质量，以及节约了训练的费用。具体地，本专利技术提供一种桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，包括：几何属性建模单元，用于绘制虚拟维修对象的外形结构，建立约束关系；过程属性建模单元，用于将维修对象的维修过程序列化、标准化；行为属性建模单元，用于设置虚拟工具，并建立对虚拟工具的实时跟随；交互属性建模单元，用于建立虚拟维修过程中与用户的交互模式，所述交互模式包括：虚拟维修演示模式和虚拟维修训练模式。下面结合具体的实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明。首先，几何属性建模单元基于维修工具、维修对象绘制所述外形结构，所述约束关系包括：装配约束、维修对象的部件的材质信息，所述约束关系作为模型轻量化的基础。通过几何建模获得装备几何模型数据，同时利用虚拟引擎提供的文件输出功能转化为所需要的文件格式，然后在虚拟引擎中，通过数据简化，对几何模型的层级结构从新进行划分，同时获得装配约束、部件的质量材质等基本信息，为物理属性建模提供基础。为达到模型轻量化目的。所述几何属性建模单元的外形结构包括：高精度几何属性模型，用于建立维修对象的零件细节模型；低精度几何属性模型，用于从维修任务出发，对维修场景、维修对象、维修工具外形进行建模。结合图2，图2是本专利技术一个实施例的几何属性建模过程示意图。所述几何属性建模单元利用双向多层次集合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，用于对维修对象建立三维虚拟维修模型，在虚拟环境中实现对维修对象的仿真模拟，其特征在于，包括：几何属性建模单元，用于绘制虚拟维修对象的外形结构，建立约束关系；过程属性建模单元，用于将维修对象的维修过程序列化、标准化；行为属性建模单元，用于设置虚拟工具，并建立对虚拟工具的实时跟随；交互属性建模单元，用于建立虚拟维修过程中与用户的交互模式，所述交互模式包括：虚拟维修演示模式和虚拟维修训练模式。

【技术特征摘要】
1.一种桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，用于对维修对象建立三维虚拟维修模型，在虚拟环境中实现对维修对象的仿真模拟，其特征在于，包括：几何属性建模单元，用于绘制虚拟维修对象的外形结构，建立约束关系；过程属性建模单元，用于将维修对象的维修过程序列化、标准化；行为属性建模单元，用于设置虚拟工具，并建立对虚拟工具的实时跟随；交互属性建模单元，用于建立虚拟维修过程中与用户的交互模式，所述交互模式包括：虚拟维修演示模式和虚拟维修训练模式。2.如权利要求1所述的桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，其特征在于，所述几何属性建模单元基于维修工具、维修对象绘制所述外形结构，所述约束关系包括：装配约束、维修对象的部件的材质信息，所述约束关系作为模型轻量化的基础。3.如权利要求1所述的桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，其特征在于，所述几何属性建模单元的外形结构包括：高精度几何属性模型，用于建立维修对象的零件细节模型；低精度几何属性模型，用于从维修任务出发，对维修场景、维修对象、维修工具外形进行建模。4.如权利要求3所述的桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，其特征在于，所述几何属性建模单元利用双向多层次集合属性模型建模方法建立所述几外形结构，通过烘焙方法将高精度几何属性模型的细节用贴图渲染出来，并且将渲染出来的贴图贴到低精度的模型上。5.如权利要求1所述的桌面式三维虚拟维修模型的建模系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王南松，蒋坚鸿，陈继勋，赵崇卫，周李蓓，
申请(专利权)人：上海精密计量测试研究所，上海航天信息研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31