基于MAR的船舶设备拆装关键技术研究及实现

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近年来,随着科学技术的不断进步,涌现的智能化、大数据和云服务的浪潮正席卷着社会的方方面面。在船舶领域,智能船舶、数字船舶的概念结合各种新兴技术不断地被完善深化,其中移动增强现实技术打破虚拟与现实界限的特性逐渐引起了航运业者的注意,特别是在船舶的智能制造、智能检修和数字化控制等方面已经进行一些深入的探索。同时船舶设备的拆装是船舶生产、运行、维修过程中所必备的专业技能,但是船舶设备体积庞大,结构复杂,各元器件配合精密,在实际的拆装过程中拆装人员不能了解整个过程,装拆的数据无法整合并且受到时间和空间的限制。基于以上背景,论文研究了移动增强现实技术在船舶设备拆装上的关键技术和应用。  论文深入研究了移动增强现实的关键技术,并结合船舶设备拆装的特点,提出基于移动增强现实技术的船舶设备拆装解决方案,首先研制了基于智能穿戴设备的增强现实系统,但是由于硬件设备的限制无法运行大型系统并且价格昂贵不易推广,所以本文的研究重点在于智能手机上的实现方案。  论文在现有的理论及研究成果的基础上,完成了以下几个方面的工作:  (1)研究了移动增强现实的三大关键技术,即显示技术、三维注册技术和人机交互技术,其中详细阐述了基于计算机视觉和基于传感器的两种三维注册方式,比较了FAST、SURF和SIFT三种特征点识别算法的优劣。论证了技术的特点和适用范围,得出最适合当前船舶领域的移动增强现实解决方案。  (2)总结了一套在移动增强现实模式下的船舶设备拆装规范,用于指导在不同的交互方式、不同的终端设备上,船舶设备拆装的流程和拆装要求,并依据规范设计了一套匹配的自动评估算法。  (3)设计并实现了基于智能穿戴设备Hololens的船舶设备拆装系统。研究了基于语言、手势、凝视三种交互方式下船舶设备的拆装方式,研制了单人虚实结合移动增强现实拆装模式。  (4)设计并实现了“MAR船舶辅机实验拆装系统”,进行了系统的需求分析,细化了开发内容,选择开发工具、介绍系统的整体框架和工作流程,重点阐述了建模过程,AR模式、本地学习模式和自动评估系统的开发。对系统的功能进行测试并设计实验分析系统的使用效果。  本文的创新点是将移动增强现实技术应用于船舶设备的拆装,充分利用移动智能终端的便携性和强大的计算能力,用一个信息拓展的虚实世界拓展现实世界,达到辅助船舶设备拆装的目的,本文中开发的应用软件在本科教学中进行了试验,取得了较为理想的效果,对移动增强现实技术在船舶领域上的研究做出了贡献,具有一定的理论和现实意义。
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