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船艇装备虚拟拆装训练系统-船舶设备虚拟仿真培训软件

发布时间:2023-10-26

编辑人:灵图互动

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装备拆装训练是装备使用和维护人员学习和掌握船艇装备结构、原理性能及维修技能的一种有效学习方式。船艇装备虚拟拆装训练系统则是利用虚拟现实技术在计算机中构建1:1真实还原实际拆装训练的虚拟场景,能够形象直观地演示船艇装备结构、原理、拆装过程,指导受训者进行装备认知和拆装训练,并能对受训者的认知和拆装能力进行考核。不仅融合了传统理论学习和实装训练两种培训方式的优点,还弥补它们的不足,增强装备使用人员的操作能力,提高维修技术人员的维修技能,为新装备的使用维护水平的提高,提供了一种新的方式。

1. 船艇装备虚拟拆装训练系统功能

1.1 理论学习功能

船艇装备虚拟拆装训练系统以文字、图纸、多媒体动画、录像视频等资源为基础,利用虚拟现实技术构建的虚拟拆装场景,通过装备结构与原理的可视化教学、相关资料的检索、装备拆装过程的自动演示讲解等子功能,为受训者提供装备理论知识、拆装过程的理论知识。船艇装备虚拟拆装训练系统还配备了适当的接口,可以更新理论知识,以适应装备的更新。

船艇装备虚拟拆装训练系统功能

1.2 拆装训练功能

船艇装备虚拟拆装训练系统为达到实际装备拆装训练相同的作用,通过完全拆装、部分拆装和指定目标拆装三种训练任务,在系统引导拆装、受训者自主拆装两种训练模式中逐步提高受训者的实际拆装能力。在训练的过程中,受训者还可以查阅相关的帮助文档,了解拆装的工艺。为了适应部队装备的更新,系统能提供任务更新接口。

船艇装备虚拟拆装训练系统的拆装训练功能

1.3 训练考核功能

船艇装备虚拟拆装训练系统追踪并记录受训者的考核过程,根据评估算法评价受训者拆装的能力。管理人员能够根据需求编辑考核的任务。船艇装备虚拟拆装训练系统能够对同一批次的考核成绩进行分析,了解训练过程中存在的不足,为以后的训练提供依据,促进训练效果的提高。

2. 船艇装备虚拟拆装训练系统开发

基于船艇装备拆装训练的实际要求,船艇装备虚拟拆装训练系统采用3D虚拟引擎进行开发,不仅开发的周期短,工作量相对较小,对程序员要求较低,而且系统的交互性好、沉浸感强。船艇装备虚拟拆装训练系统的开发内容主要涵盖三维建模、模型预处理、虚拟拆装仿真、数据库、系统集成等五大模块。

(1)三维建模部分主要完成利用SolidWorks建立船艇装备、拆装设备与工具、拆装场景的三维模型;

(2)模型预处理部分主要完成利用3DMax对建立的三维模型进行优化调整;

(3)虚拟拆装仿真部分主要完成在虚拟引擎中导入三维模型,在拆装工艺规划的基础上,实现装备自动演示的路径和顺序设置、自主拆装的路径及顺序设置、交互操作的控制及碰撞检验;

(4)数据库部分主要实现对人员信息、拆装知识、拆装模型等信息的管理;

(5)系统集成部分主要实现数据库、训练任务和模式等进行集成,通过人机友好的系统界面,便于人员的使用管理。

3. 船艇装备虚拟拆装训练系统实现的关键技术

3.1 虚拟拆装场景三维模型建立

虚拟拆装场景是为受训者在接受拆装训练时提供一个“实装”、“实地”、“实时”的虚拟仿真环境,包括虚拟拆装人、虚拟拆装装备、虚拟拆装设备与工具以及虚拟拆装场景。

船艇装备虚拟拆装训练系统以鼠标和键盘来代替虚拟拆装人的动作,不涉及虚拟拆装人的建模。在SolidWorks软件中,根据船艇装备、拆装工具及辅助设备的几何信息、物理属性、装配关系以及装配层次等信息,分组建立船艇装备、拆装环境、拆装工具及辅助设备的三维模型。

虚拟拆装场景三维模型建立

3.2 虚拟拆装过程仿真

虚拟拆装过程仿真是系统的核心,主要在虚拟场景中虚拟装备运动、虚拟拆装工具及辅助设备运动以及相互之间的交互作用。船艇装备虚拟拆装训练系统利用间接的方法对拆装工艺进行分析获得拆装序列,并规划虚拟场景中虚拟装备的拆装路径,在此基础上,进行装备拆装过程的仿真。

3.2.1 人机交互过程仿真

在船艇装备虚拟拆装训练系统中,人机交互过程的仿真主要利用虚拟仿真引擎中提供的传感器节点、事件驱动和路由机制来实现的,用户通过鼠标或者键盘输入操作消息,由传感器节点感应用户操作,并将消息通过路由机制传递给相应功能节点来处理消息,由输出设备输出相应结果。

3.2.2 碰撞检测

碰撞检测是构成虚拟现实系统的基本要素,也是本系统的基本属性之一。在本系统能够及时检测到两零件的相对位置,并做出相应的判断,若表面接触,则能够及时停止,防止两零件之间相互穿越,破坏虚拟环境的真实感和用户的沉浸感。在船艇装备虚拟拆装训练系统开发过程中,利用虚拟仿真引擎中自带的碰撞检测节点和物理管理节点来实现碰撞检测。

3.3 系统集成

系统管理主要实现对人员、理论知识、训练与考核任务、考核的管理。

船艇装备虚拟拆装训练系统具有船艇装备的理论学习、虚拟拆装训练、自动考核评估功能,可结合实装开展船艇装备拆装训练与考核。不仅可以提高教学质量,而且有利于学生对船艇部队装备使用、保养、维护等技能掌握。

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