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尽管工业生产自动化水平不断提高,但手工装配在工业生产中,仍然扮演着极其重要的角色。由于手工装配效率主要取决于装配工人的装配操作熟练度,因此良好的装配技能培训方式将有效提高工人装配效率。混合现实技术是结合了三维注册、虚实融合及各种多媒体技术的一项新型计算机技术。其旨在把虚拟元素与现实场景无缝连接在一起,提高使用者对现实场景的理解。因此,相比于传统的培训媒介,混合现实技术能够实现更好的知识迁移效果。但是,现有的混合现实装配应用研究成果的显示方案以及交互方案存在很多不足,使得混合现实技术在装配应用中的实际应用效果没有达到期望效果。其主要原因是,混合现实技术方案的选取没有充分考虑到装配操作特性、以及应用需求。因此,本文将从装配需求以及混合现实技术实现的角度,系统论述混合现实装配训练系统的基本架构、硬件组成以及核心算法。具体内容如下:(1)研制视频透视式头盔显示器。基于VST-HMD显示原理,选取合适的VR-HMD和摄像机作为VST-HMD的硬件基础;分析了VR-HMD和摄像机参数以及组合关系对VST-HMD视觉效果的影响;对VST-HMD进行硬件组装,并以软件处理的方式对VST-HMD进行视觉优化。(2)设计混合现实显示模块。给出了本文混合现实显示模块的设计方案及其实现的基本思路;详细阐述了本文三维注册的实现细节;基于对系统实用性的考虑,本文采用了混合跟踪模块,并论述了混合跟踪模块与三维注册的关系;采用基于虚拟模型的遮挡处理方法,实现虚实融合。(3)设计混合现实交互模块。设计了用于三维交互的交互棒;实现了对交互棒的实时跟踪,并就跟踪算法的实时性以及准确性进行分析讨论;利用双目摄像机对交互棒的三维空间位姿进行重构;定义了基于交互棒的交互语义。(4)设计并实现混合现实装配培训系统。总结了三点系统设计原则;基于现有的装配规划方案中存在的问题,设计了本文的装配规划方案;就装配界面以及装配过程进行设计,并以减速箱为例,展示了该系统的实现效果。