一种耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统技术方案

本发明专利技术涉及一种耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统。其特征在于，包括漫游模块、疏浚过程模拟模块、设备拆装模块。漫游模块用于对耙吸挖泥船的船体结构、船上疏浚设备进行教学培训；疏浚过程模拟模块用于对耙吸挖泥船的疏浚过程进行教学培训。设备拆装模块用于对耙吸挖泥船的重要疏浚设备拆装进行教学培训。基于上述耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统，能够实现对耙吸船船体结构、重要疏浚设备拆装以及施工工艺的仿真，可提高培训的操作体验和培训效果。可提高培训的操作体验和培训效果。可提高培训的操作体验和培训效果。

【技术实现步骤摘要】
一种耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统


[0001]本专利技术涉及一种仿真系统，具体涉及一种耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统。

技术介绍

[0002]耙吸挖泥船是主要疏浚设备之一，具有自航、自载、自卸等功能，被广泛应用于港口、航道疏浚及吹填等工程。耙吸挖泥船结构、疏浚机理及疏浚过程复杂，配备的机具、软件都较为专业。疏浚施工人员往往较难全部掌握，很难发挥先进设备应有的优势。施工单位会组织一些培训，但培训活动受诸多因素的制约，效果难以保证，主要表现在：授课培训多通过语言描述和图片静态展示，对关键设备的工作原理描述较为抽象，使得内部构造不清楚，难于理解；通过师傅带教徒弟模式，疏浚施工的流程和工艺因人而异，不能标准化教学；实船演练培训受到安全和成本方面的限制，练习次数少，培训周期长等。
[0003]虚拟现实技术以其沉浸感强、多感知性、交互性等特点在各行各业得到广泛的应用。虚拟现实技术是克服上述传统培训存在的问题的利器。专利技术专利《耙吸船模拟仿真系统》(专利号：ZL201710150691.7)中提出了一种通过在硬件上搭建环幕和疏浚操作台的方式模拟耙耙吸船操作环境，对耙吸船施工环境、操作环境和施工过程进行仿真。该仿真系统逼真的模拟了耙吸船的操作环境，一定程度上缩短了耙吸挖泥船工作人员的培训周期，提高了培训的操作体验和培训效果。但该设备体积大，成本高，难以普及。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统，其特征在于，包括漫游模块、疏浚过程模拟模块、设备拆装模块；
[0005]所述漫游模块，用于对耙吸挖泥船的船体结构、船上疏浚设备进行教学培训；漫游模块使用虚拟现实技术显示耙吸船模型，并提供交互功能，包括第一人称交互(模拟在船上行走)和第三人称交互(控制视角以船为中心旋转、拉远和拉近)。当重要疏浚设备的模型被选中时，系统会弹出该设备的文字介绍和语音讲解。
[0006]所述疏浚过程模拟模块，用于对耙吸挖泥船的疏浚过程进行教学培训；疏浚过程模拟模块使用虚拟现实技术显示耙吸船模型、海洋和海底地形，并提供交互功能：界面上显示虚拟操作杆和操作按钮，通过拖拽虚拟操作杆和点击虚拟操作按钮，对耙吸船的车、舵、耙臂、耙头进行控制；界面上显示管道模拟控制面板，通过操作控制面板，切换耙吸船工作状态，包括挖泥、抛泥、吹填，并显示泥浆在管道中的运动；可使用手势对船体航速和视角进行控制；可使用语音进行控制，通过口述命令，程序执行相应操作。模拟耙吸船航行和疏浚工艺流程。
[0007]所述设备拆装模块，用于对耙吸挖泥船的重要疏浚设备拆装进行教学培训；设备拆装模块对耙吸挖泥船的重要疏浚设备零部件分别建立模型并使用虚拟现实技术显示，将各零部件和其对应的拆装工具绑定，设置拆卸和安装动画，提供交互功能，当用户点击正确的零部件和工具时触发拆装动画，模拟重要疏浚设备的拆卸和安装。
[0008]以上漫游模块、疏浚过程模拟模块、设备拆装模块在计算机中运行，有桌面版和VR版两种交互方式。桌面版使用显示器、手势、语音进行交互，VR版使用虚拟现实眼镜、手持操作杆和语音进行交互。
[0009]上述的疏浚过程模拟模块，其特征在于，使用手势和语音控制代替硬件设备，模拟耙吸挖泥船疏浚操作。使用手势控制视角，使用手势控制放耙和收耙操作，使用语音控制代替疏浚台上的按钮和旋钮，使用语音控制Scada系统中的液压系统、封水系统、闸阀模式、蝶阀模式、大泥门、小泥门。
[0010]上述的设备拆装模块，其特征在于，建立各个零部件和拆卸、安装工具的对照表，每个零部件使用特定的拆卸和安装工具进行拆装。
[0011]有益效果：
[0012]基于上述耙吸船虚拟现实仿真系统，能够实现对耙吸船船体结构、重要疏浚设备拆装以及施工工艺的仿真，可提高培训的操作体验和培训效果。
[0013]本专利技术的耙吸船虚拟现实仿真系统按照某大型耙吸挖泥船建立高精度全船模型，通过三维图形引擎实现疏浚过程模拟、全船漫游、关键设备拆装等功能。操作人员通过多种交互方式进行虚拟交互，操作人员完全融入到场景中，获得较强的沉浸感。有效地缩短耙吸挖泥船工作人员的培训周期，提高培训的操作体验和培训效果。
附图说明
[0014]图1为本专利技术系统架构图
具体实施方式
[0015]本专利技术开发一套耙吸挖泥船虚拟现实培训系统，需要解决的问题包括：如何快速让一个不懂耙吸挖泥船的人入门：要了解耙吸船，一是要了解耙吸船的构造，二是要了解耙吸船如何进行施工，三是要了解耙吸船内部的重要疏浚设备，即三个方面的教学。
[0016]本专利技术公开了一种三步走的培训方式，设计了三个模块分别进行上述教学：
[0017]漫游模块，用于让学员可以在虚拟环境中浏览耙吸船的全部构造，可使用第一人称视角在耙吸船中行走，也可使用第三人称视角浏览耙吸船的整体结构。
[0018]疏浚模拟模块，用于让学员在虚拟环境中操作耙吸挖泥船进行疏浚操作，学习耙吸挖泥船疏浚过程。
[0019]设备拆装模块，用于让学员深入了解耙吸船上的重要疏浚设备，学习其内部结构和其拆装方法。
[0020]进一步的，在所述疏浚模拟模块中如何在使用尽量少的硬件设施实现对耙吸挖泥船的疏浚操作的模拟。所述疏浚模拟模块为一种新的交互方式，其替代传统的硬件设备进行耙吸船疏浚操作，通过语音控制和手势控制相结合，脱离疏浚台硬件设备，在虚拟环境中对耙吸船疏浚操作进行模拟。
[0021]进一步的，在所述设备拆装模块中使用第一人称视角的同时如何方便的调整位置。设备拆装过程中，耙吸船疏浚设备体积大，例如泥泵、耙头等，拆装过程中需要不断移动位置，才能按照正确顺序拆装零部件。在虚拟现实环境中使用第一人称视角时，操作及其不便。双手使用虚拟操作杆处理要进行拆装操作，还需要进行位置的切换。为了能够模拟真实
的拆装过程，又需要在第一人称视角下进行操作。所述设备拆装模块为一种新的交互方式，其替代手持操作杆的单一控制，使用语音控制进行视点的切换。通过预先设定好拆卸过程中操作人员常用的几个站位，使用语音控制用户在几个站位之间移动，让双手的操作集中在设备的拆装上。
[0022]实施例
[0023]本实施例需要解决：
[0024]1.真实耙吸船疏浚操作复杂，需要在两个控制终端上操作多个按键和操作杆，在电脑上通过鼠标键盘操作难以模拟真实的疏浚操作，不能达到很好的教学效果；
[0025]2.耙吸船结构复杂，船上设备较多，即使在电脑中进行虚拟漫游，也很难调动学员积极性，学习时间较长；
[0026]3.耙吸船设备拆装过程中需要使用多种工具，学员不仅需要学习零部件的拆装顺序，还需了解拆装各个零部件所使用的工具；
[0027]实施例提供一种能够真实展现耙吸船船体结构、重要设备拆装过程以及施工工艺的仿真系统，为培训人员提供沉浸式的学习体验，提高培训效果。
[0028]实施例公开的耙吸船虚拟现实仿真系统，用于耙吸船疏浚技术教学和展示的计算机系统，分为硬件和软件两个部分。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耙吸挖泥船虚拟现实仿真系统，其特征在于，包括漫游模块、疏浚过程模拟模块、设备拆装模块；所述漫游模块，用于对耙吸挖泥船的船体结构、船上疏浚设备进行教学培训；漫游模块使用虚拟现实技术显示耙吸船模型，并提供交互功能，包括第一人称交互和第三人称交互；当重要疏浚设备的模型被选中时，系统会弹出该设备的文字介绍和语音讲解；所述疏浚过程模拟模块，用于对耙吸挖泥船的疏浚过程进行教学培训；疏浚过程模拟模块使用虚拟现实技术显示耙吸船模型、海洋和海底地形，并提供交互功能：界面上显示虚拟操作杆和操作按钮，通过拖拽虚拟操作杆和点击虚拟操作按钮，对耙吸船的车、舵、耙臂、耙头进行控制；界面上显示管道模拟控制面板，通过操作控制面板，切换耙吸船工作状态，包括挖泥、抛泥、吹填，并显示泥浆在管道中的运动；可使用手势对船体航速和视角进行控制；可使用语音进行控制，通过口述命令，程序执行相应操作；模拟耙吸船航行和疏浚工艺流程；所述设备拆装模块，用于对耙吸挖泥船的重要疏浚设备拆装进行教学培训；设备拆装模块对耙吸挖...

【专利技术属性】
技术研发人员：许墅，程领骑，戴文伯，杨波，王柳艳，沈彦超，周雨淼，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：