油田安全作业虚拟仿真训练系统研究

利用虚拟现实技术构建油田安全作业虚拟仿真训练系统,提供交互式训练功能。提出了封闭式演示、指南式向导操作和开放式自由操作三种培训模式,给出了油田安全作业虚拟仿真训练系统的开发框架,定义了虚拟人基本动作及其参数化表示,解决了行为定义以及可重用性问题,并对虚拟人的操作手形进行了分类。最后从感知环境、行为控制、运动控制和碰撞检测四个方面分析了场景驱动执行引擎的功能,协调虚拟人和操作物体的交互活动,控制虚拟场景的变化。本系统的应用有效地解决了油田安全作业培训的成本、安全和效果问题。     

基于PRM和经验数据的虚拟人维修操作仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个基于PRM和经验数据的虚拟人维修操作仿真方法。通过对虚拟人形位空间维数的简化和延迟碰撞检测思想的运用,有效提高了仿真的效率;以虚拟人形位空间为采样空间,以人体上肢的力量数据来指导形位空间的采样和维修操作路径的搜索,有效提高了虚拟人维修操作仿真的自然性和逼真性。     

关节化虚拟人手臂动作的建模及其仿真实现

关节化虚拟人在执行维修作业过程中，不可避免的需要用手臂去操控各种操作对象，为此提出了一种基于Petri网的关节化虚拟人手臂动作模型。模型首先利用逆向运动学方法计算出在目标位姿下的关节链上各关节的角度，进而利用关节插值方法，以仿真循环迭代的方式实现对手臂关节链上各个关节的运动控制。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性与实用性。     

面向网络定制设计的虚拟人仿真

为实现适合网络定制设计的虚拟人仿真，提出基于H-anim的虚拟人仿真方法。根据H-anim定义的关节骨架模型，实现了人体的参数化几何建模和关节动画仿真，结合行为模板、规则推理和实例推理构造了人体行为仿真系统。最后介绍了虚拟人仿真在网络家居定制设计中的具体应用。     

基于旋转角度的角色运动建模与控制

要创建深度沉浸的跑步竞赛虚拟环境,则必须建立逼真的虚拟人行为模型.根据跑步时人体四肢和躯干都在绕关节做重复旋转运动的特点,提出一种基于旋转角度的运动行为模型,用于计算人体运动时不同部位的位置,进而求解跑步运动行为.基于该模型开发了一个跑步仿真程序用来仿真虚拟人的跑步动作与姿态.根据该模型构建了数字娱乐划船器,通过三维模型数据的转化、运动者参数的实时采集、虚拟人运动参数的计算,实现了角色的控制.该建模与控制方法可用于网络健身游戏、虚拟人体动画、虚拟机器人的建模与仿真.     

基于同步网的虚拟拆卸过程建模方法研究

针对大型复杂装备虚拟拆卸过程建模问题,分析了其在拆卸作业的顺序关系、逻辑关系和语义表示等方面的需求。基于同步网给出了虚拟拆卸网(VDN)的定义和规则,其中变迁表示了维修作业中的拆卸动作,库所表示拆卸过程中部件的状态,同步器定义了拆卸序列的选择和并行关系。VDN能够确定拆卸序列、描述维修动作之间的逻辑关系,具有拆卸作业的具体语义,包含了维修知识信息。详细给出了VDN建模的步骤和简化规则,并通过一个VDN建模实例对方法和可行性进行了验证。     

虚拟维修中的虚拟人移动仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个分阶段的虚拟人移动仿真方法,采用随机运动规划方法生成虚拟人躯干及头部的无碰撞路径,利用运动捕获数据和运动变形来实现对四肢运动的仿真。在运动规划中引入了姿态转移图的概念,实现了虚拟人移动过程中多种姿势之间的自然转化。采用基于运动变形的方法消除了虚拟人上肢和环境中其他物体的碰撞现象,提高了仿真真实性。

Abstract：

Virtual maintenance is a new concept introduced in the last few years,and has been broadly used in maintainability analysis and maintenance training.In order to solve the virtual human simulation in maintenance process simulation,a multi-stage virtual human locomotion simulation method was proposed.The free collision path of virtual human torso and head was planned by a probabilistic motion planner.And the motion of arms and legs was simulated using motion captured data and motion warping.A new concept of pose transition graph was introduced in order to implement natural pose transition in locomotion simulation.In motion optimization,a method based on motion warping was proposed to avoid the possible collision between virtual human arms and other objects in the environment.     

基于维修仿真的人体疲劳分析

在维修工程领域,对产品的人机工程学分析逐渐引起人们的重视,人体的疲劳分析是其重要组成部分。该文提出了一种基于维修仿真的人体疲劳分析方法,该方法首先利用虚拟人创建维修仿真过程,然后通过动态提取虚拟人在该过程中的动作数据,计算人体执行不同动作所消耗的代谢能量,最后分析评判人体在维修过程中的疲劳程度。通过建立人体疲劳分析原型系统,并针对空间站维修仿真进行实例验证,试验结果表明了该方法的有效性。     

虚拟人行为仿真智能化探讨

在虚拟人－机－环境系统研究中，为了评估人与环境的匹配性和协调性，不仅需要虚拟人具有某些静态属性和一般意义上的肢体运动属性，还需要虚拟人逼真地模拟人类执行各种任务的过程。通常，进行序列运动后目的物的操作由手或脚完成。本文在分析虚拟人运动结构及控制的基础上，研究了虚拟人行走、坐立、弯腰、转体等行为动作的实现方法，提出了虚拟人操作行为连续、复合运动仿真的逻辑步骤，并给出了相应举例。     

虚拟维修样机中的刚体部件物理属性建模方法与实现

为了建立逼真的带有物理属性的虚拟维修样机模型,采用对刚体部件物理属性的建模方法,对虚拟维修样机的刚体部件进行了建模.给出了建立刚体部件物理属性模型的框架,定义了时间、空间和质量三个物理学中最基本的物理概念,从模型几何数据的获取,物理属性模型的算法实现和仿真流程给出了建立虚拟维修样机物理属性模型的具体仿真过程,并把此方法应用于某大型设备虚拟维修样机模型中刚体部件模型的建立.通过虚拟维修训练仿真过程可以看出,对刚体部件物理属性模型虚拟维修训练具有更强的逼真度和沉浸感,具有通用性.     

虚拟维修仿真技术的研究与进展

近年来虚拟维修仿真技术广泛应用于维修性设计、保障性规划及人员培训三大应用领域并取得了巨大的经济和社会效益,成为了当前研究热点。对此分析归纳了该领域内众多国内外虚拟维修仿真案例。针对仿真对象的扩展及新技术的应用,提出了虚拟维修仿真技术的明确定义;总结出了虚拟维修仿真技术的实现流程,深入探讨了该技术研究所涉及的一系列关键技术问题;比较分析了仿真过程中所需的软件实现平台;最后对其未来的研究方向进行了展望。     

协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制

针对操作人员难以在有限的光学运动捕捉设备捕捉范围内自由运动的问题,开展了协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制研究。基于光学运动捕捉设备对操作人员的下肢动作进行捕捉,根据实时识别结果控制虚拟人体进行大范围运动。针对维修操作过程中的虚拟人体手部运动控制,分析了虚拟人体的手部交互过程,提出了一种基于动态贝叶斯网络的维修操作智能辅助方法。以某液压缸协同式虚拟维修操作仿真平台为例验证了方法的有效性。该方法实现了对虚拟人体维修操作过程的有效控制,具有实时性好、交互性与感知性强等优点。     

基于虚拟维修仿真的维修性分析系统设计与实现

提出了基于虚拟维修仿真的堆修性分析系统的结构框架，并进行了系统的设计，系统主要由虚拟维修样机模块、维修仿真模块，维修性分析与评价模块以及系统管理模块等4个功能模块组成。在Jack软件平台下进行了系统开发。以某装备部件拆卸为例，对系统进行实例验证，达到设定目标。     

一种新的虚拟维修手部动作生成方法

在维修仿真中,虚拟维修人员的手部操作起着重要的作用,对维修活动中手部动作的实时、连贯生成问题进行了研究。首先提出了一种包含详细解剖结构的虚拟手模型,其次在分析总结各类虚拟人运动控制算法的基础上,通过加入阻尼系数以克服传统IK算法难于或无法处理的奇异性、冲突性与多目标性问题,改进了阻尼IK方法,并利用Jacobi矩阵的正交投影来处理优先级多约束条件下的手部动作。最后以某型装备车辆的轮胎更换维修任务为例对提出的算法进行了验证和效果评估,表明了所提方法的有效性和健壮性。     

一种用于维修仿真的虚拟人行走规划方法

提出了一种基于自由空间法和环境离散化表示的虚拟人行走规划方法。该方法首先将虚拟环境离散化成为环境图;然后,用启发式A搜索算法获取从初始位置到目标位置的最优路径,引导虚拟人对环境进行漫游;最后,设计实现了一个典型工作环境下的仿真演示实例,仿真和试验结果表明了所提算法的可行性与实用性。     

集成模糊推理与定量仿真的故障预测系统研究

为解决传统故障诊断方法在装备维修保障方面的不足，将虚拟样机作为一种新的定量推理机制引入到故障仿真和预测领域，提出了基于虚拟样机的装备故障仿真预测模型。以某型自行火炮为研究对象，在ADAMS环境下建立了火炮虚拟样机。仿真预测过程根据用户输入的初始参量由虚拟样机获取初始状态，由基于动态模糊综合评判的预测方法生成候选故障集，虚拟样机结合知识库确认实际发生的故障并找出相应的故障原因和故障部件。虚拟样机的仿真结果和相关的预测实例验证了模型的有效性，表明基于上述模型的故障仿真预测系统可以获得较高的预测精度，能够满足装备预知维修保障的需求。     

虚拟士兵三维追逐算法研究

针对当前路径规划算法的研究主要集中在平面上,这些算法已难以胜任大规模三维仿真中智能体导航任务的情况,提出了几种实现虚拟人三维追逐的算法,介绍了这些算法的基本思路,研究了基于物理引擎的虚拟人视觉模拟及地型钳位技术,并综合这些技术,成功地为几个项目加入了智能虚拟士兵,取得了令人满意的效果。