基于篮球课体能训练的虚拟仿真系统的设计与实现

为了解决传统篮球课堂教学存在的弊端,设计了学生运动训练的虚拟仿真系统.首先对篮球运球动作信息进行捕捉,对篮球运球动作进行三维仿真,构建人体模型图和设计人物角色,获取虚拟的篮球运动场馆以及篮球运动员的技术动作虚拟仿真结果,然后采用动作捕捉技术对虚拟仿真结果中关键信息节点的运动轨迹进行追踪,获取篮球运动员训练过程中腿部骨骼的运动轨迹,通过控制这些关键骨骼的运动轨迹来控制虚拟运动员的训练过程.实验结果表明,该系统能够获得理想的篮球体能训练效果.     

导弹虚拟装填训练中弹箱位姿交互控制技术

在对导弹装填训练中弹箱受力分析的基础上,建立了弹箱的力学模型以及弹箱位姿变换的数学模型。基于Visual C++编程语言,结合OpenSceneGraph(OSG)图形渲染引擎,设计了一种简单高效的虚拟弹箱位姿实时控制方法,实现了弹箱在虚拟场景中运动位姿的交互控制,仿真结果表明,该方法能够真实模拟装填训练中操作人员协同控制弹箱位姿的训练过程,为研究分布式导弹虚拟装填协同训练系统打下基础。     

某型发动机综合电子调节器的虚拟仿真实现

某型飞机发动机综合电子调节器的校验是一项非常复杂的工作,基于装备安全的考虑,难以在实际装备上进行维修训练,因此面向维修训练的装备检测虚拟仿真成为一种需求.为使维护操作人员尽快掌握用校验工作,我们以GL Studio这一虚拟现实软件作为开发平台,研制了虚拟仿真训练系统软件,使得受训人员能够与虚拟设备进行变互,取得了良好的训练效果.     

一种基于Kinect的角色骨骼动画方法

针对当前骨骼动画制作方法存在实时性差?抗光照干扰能力弱?角色模型运动误差大的问题,提出了一种新的骨骼动画方法?采用微软Kinect设备获取人体三维骨骼坐标数据,用改进的D-H(denavit-hartenberg)描述法在关节点处建立虚拟坐标系,对捕捉对象单帧姿态进行抽象空间位形描述,再根据前后帧位形数据求解骨骼矩阵,对根节点进行位移调整形成骨骼动画?实验结果表明,该方法实时性与抗光照干扰能力强,角色动作与捕捉对象动作之间的相似度高?     

基于Kinect的运动学习系统的设计

运动学习系统设计旨在通过Kinect准确掌握运动员的身体轮廓和身体位置来确定运动员动作的标准程度.结合体育活动的特点为运动训练提供有效的解决方案,从而提高运动员的运动水平,并通过数据采集、数据处理与特征提取、人体姿态识别的方法辅助动作学习.系统使用Kinect进行数据采集,实时获取所检测到的用户人体的骨骼节点位置信息,...     

沉浸式虚拟维修训练系统设计与实现

为构建虚拟维修训练系统,设计了系统的框架和功能模块,分析了实现系统的关键技术;在对虚拟现实引擎和虚拟手人机交互分析的基础上,提出了沉浸式虚拟维修训练系统的集成技术框架;并以某型设备维修为目标构建原型系统,通过实际操作进行测试,结果表明系统可满足模拟训练的需要。     

基于骨骼信息的虚拟角色控制方法

针对当前动作捕捉方法中基于旋转矩阵的虚拟角色控制方法,虚拟角色模型运动还原度低、人体动作不能实时展现、抗光照干扰能力弱的问题,提出一种基于骨骼信息的四元向量控制方法。该方法以 Kinect 体感摄像机捕获的人体骨骼关节点数据为基础,计算并记录人体运动过程中关节点空间位移和关节点之间夹角的变化,根据相邻图像序列中的运动数据确定虚拟角色每个骨骼关节点的旋转角度,并将其转化为四元旋转向量。根据正向运动学原理,从根节点对虚拟角色模型进行调整并根据人体动作进行实时反馈。通过理论分析和仿真结果表明,与基于旋转矩阵的的虚拟角色控制方法相比,该方法的人体姿态还原度高,角度误差低,实时预览效果直观,实时性与抗光照干扰能力强。     

基于模型和数据驱动的机器人6D位姿估计方法

提高运动精度是机器人执行精密操作的基础.该文针对重载操作造成的机器人末端结构变形问题进行位姿补偿研究.首先,提出了基于模型和数据驱动的机器人末端6D位姿估计方法,该方法利用基于Gauss过程回归的机器人运动学误差模型获得部分目标点空间位置的预测值;然后,提出了基于测量平差的位姿修正方法,对目标点位置的实测值和预测值进行...     

非球面件数控研抛力、研抛工具位置和姿态解耦技术

为解决非球面自动研抛系统中普遍存在的研抛力-研抛工具的位置-研抛工具的姿态(以下简称力-位-姿)相互耦合问题,提出一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的非球面数控研抛力-位-姿解耦技术。基于Hertz接触理论和摩擦学原理,分析研抛过程中的力-位-姿耦合机理,建立了耦合模型。阐述基于MRT的数控研抛力-位-姿解耦原理,开发相应的实验研究系统,建立系统研抛力模型。规划了研抛工具的路径。试验得到0.025 μm粗糙度的镜面表面。试验表明该技术能独立、主动、实时地控制研抛过程中的研抛力、研抛工具的位置和姿态。     

虚拟现实技术在实训教学过程中的应用

科学技术的发展影响着武器装备维修的发展,通过虚拟装备操作和维修训练系统可提高装备操作人员和维修人员的技术水平,从而提高装备的使用和维修保障能力。文章分析了当前虚拟现实技术在军事教学上具体应用的必要性,从具体的装配维修过程说明学习人员利用虚拟现实技术装配引擎和视角切换,可在不对原有装备进行实际操作之前进行虚拟操作,从而提高实训教学水平。     

面向虚拟装配操作的交互辅助技术

针对虚拟装配系统中装配操作精度和效率低的问题,文中提出了基于约束元素包围盒的装配意图捕捉方法,根据约束元素的特征参数和配合类型,将位姿变换分解为点到线上、点到面上和直线平行3种位姿变换情况,提出基于位姿变换元素分解的约束精确定位求解算法,并通过对零件自由度的求解和目标约束方向上的运动分量映射,实现了零件的装配运动引导.最后通过一个典型装配结构的实例,给出了装配操作的交互辅助流程,验证了算法的有效性.该算法已应用到面向航天产品的桌面虚拟装配系统中.     

汽车人机界面人体上肢位姿建模与优化研究

针对汽车人机操控界面设计的匹配分析需要,构建了一种用于人机操控界面设计分析的5自由度人体上肢运动模型,来模拟人体上肢运动并计算掌心的位姿.以人体上肢动作住姿舒适为优化目标,建立了人体上肢舒适操作的优化模型,通过求解能够获得人体上肢舒适操作的最优位姿.仿真结果表明,优化模型合理、实用,以汽车驾驶舱中换档杆布局设计为应用实例,通过优化模型求得了相应的舒适位姿和舒适度曲线图.研究结果可为汽车人机操控界面设计的合理匹配提供优化分析.     

仿生六足机器人基于足力分布的位姿调整策略

针对六足机器人非结构化地形稳定步行问题,研究了基于足力分布的位姿调整策略.通过力学分析建立了机器人任意步态模式下的足力分布模型,获得足底受力的平衡关系;采用重心位置调整策略实现了机器人步行过程中的位姿优化,来提高步行稳定性;并且建立了虚拟悬挂模型,采用足力补偿的方法对外界的扰动进行抑制,进一步提高机器人步行的稳定性.通过仿真验证了该调整策略对提高机器人步行稳定裕度的有效性.     

虚拟角色动作编辑及运动控制

为了直接利用虚拟角色表面模型进行动作编辑及运动控制,提出了一种通用的虚拟角色骨骼建模及运动控制方法.该方法通过对分块的虚拟角色表面模型进行边缘判定、关节点计算、最顶块确定,然后按层次连接各关节点生成虚拟角色骨骼模型.在此基础上根据虚拟角色行走运动模型和运动约束关系,研究了基于参数关键帧技术的运动过程动画制作、不同运动间自动插补动画的动作平滑过渡技术以及利用动作幅度权值对动作姿态的调整技术.最后,采用实时控制和路径点控制2种方式进行了虚拟角色在虚拟场景中的运动控制,取得了较好的实现效果.     

并联机构位置正解方法研究

以位置方程为基础,采用速度雅克比矩阵判断位置模型耦合度,并根据耦合度判断位置正解的难易程度,从而为求解方法的选择提供依据.针对强耦合位置模型具有普遍性且求解困难这一问题,以6-PRRS并联机构为研究对象,运用粒子群优化(PSO)算法进行位置正解计算,实例计算结果与实际位姿吻合,说明该方法有效且可行.     

数控机床虚拟教学中IETM关键技术研究

现代工程训练中数控机床实训是一项非常重要的内容,计算机技术的发展使得虚拟技术在教学中得到充分应用,采用虚拟教学使数控培训更加生动形象。IETM是当前信息化领域研究的一个热点,通过电子显示系统向操作维护人员提供一个与操作维修过程相融合、多格式、人机交互的技术信息查询和维护环境。针对目前数控机床实训教学的特点及存在问题,采用IETM技术创建虚拟的交互式辅助训练系统,研究IETM实现的关键技术,是提高数控机床实训水平的重要手段。     

武器装备虚拟维修训练系统设计与实现

 随着虚拟现实技术的不断发展,为了弥补实装训练的不足,武器装备虚拟维修训练日益受到关注。本文进行了武器装备虚拟维修训练系统的基本功能与模块设计,包括构造原理学习模块、部件级实车拆装模块、分解结合模块、故障检查与排除模块、控制与考核模块,研究了虚拟维修训练系统实现应该具备的各种基础数据以及实现数据开发与集成的方法和技术,并在此基础上设计了虚拟维修训练系统构架。该设计可为各种装备虚拟维修训练系统开发以及集成提供参考与借鉴。     

基于PageRank的SLAM后端优化研究

针对室内复杂非机构化环境建图及定位效率低的问题,提出了一种基于PageRank的同时定位与地图构建(SLAM)方法.在室内复杂非结构化环境中,SLAM前端建立的位姿图中包含大量待优化节点,根据SLAM后端的稀疏矩阵,利用PageRank算法对位姿图中节点进行筛选和排序,将低于设定阈值的节点在位姿图中剔除,保留与其他节点有高关联性的节点,减少位姿图中的节点,同时保留SLAM后端的稀疏特性,有效提高SLAM后端优化效率.在RGB-D标准数据集上进行实验验证,实验结果表明:在室内环境下,该SLAM后端优化算法缩短了优化时间,提高了实时性,且误差变化在可接受的范围内,为SLAM后端优化低效率问题提供了解决方案.     

基于Web的船舶动力装置虚拟操作训练系统

为了解决以往工业组态软件开发的船舶动力装置虚拟操作训练系统的网络功能局限性,文章对基于web的虚拟训练操作系统进行了研究.提供了系统基于B/S模式的架构,并详细阐述了系统开发过程中的关键问题和解决方案,如基于Web的系统操作界面及动态交互功能的实现、多人协同开发的解决方案等.并以.NET为开发平台设计了基于Web的船舶动力装置的虚拟操作训练系统,包括用户管理模块、船舶动力装置训练项目操作模块和操作过程记录与评估模块.以该方案设计的系统已经投入运行,应用结果表明该系统充分利用了Internet,解决了传统船舶动力装置虚拟操作训练系统受时间和空间限制的问题,提高了远程教学训练的能力,具有良好的交互性、扩展性及应用价值.     

人体运动链视角下功能动作训练研究

从人体运动链的视角观察人体功能动作的训练,分析讨论了功能动作训练中的动作代偿、弱链等问题;运用筋膜链的相关理论,对核心力量与稳定性在功能性训练中的作用,及开链-闭链在转链环节时出现弱链及损伤的原因进行分析,并提出"转链"是动作代偿和弱链重要节点的观点.丰富了功能性体能训练相关的理论,对预防运动损伤和提高训练有效性方面都有积极的意义.