【摘 要】
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目前虚拟实训在实际应用中取得了较好的效果,但仍有一些瓶颈问题需要解决,复杂设备的虚拟维修或拆装就是其中一个问题。复杂设备的拆装训练要求虚拟环境能够尽可能接近真实环境,包括了拆装逻辑、用户的拆装动作等等。因此,能够对用户复杂的拆装动作进行准确的跟踪与识别就变得至关重要。此外,复杂设备的拆装往往不是单用户独立完成的,而是需要至少2人进行协同操作才能完成。课题对虚拟实训中多人协同拆装的关键技术进行研究,
【基金项目】
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广东省普通高校省级重大科研项目“面向虚拟实训的VR多用户协同操作关键技术研究”（项目编号:2017GKZDXM002）；
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目前虚拟实训在实际应用中取得了较好的效果,但仍有一些瓶颈问题需要解决,复杂设备的虚拟维修或拆装就是其中一个问题。复杂设备的拆装训练要求虚拟环境能够尽可能接近真实环境,包括了拆装逻辑、用户的拆装动作等等。因此,能够对用户复杂的拆装动作进行准确的跟踪与识别就变得至关重要。此外,复杂设备的拆装往往不是单用户独立完成的,而是需要至少2人进行协同操作才能完成。课题对虚拟实训中多人协同拆装的关键技术进行研究,着重研究基于视觉感知的徒手交互与虚拟协同操作两个核心共性技术,并选定复杂设备汽车手动变速箱的多人协同虚拟拆装系统作为具体的研发对象,通过该系统能够满足对要求使用虚拟实训替代传统实训具有迫切要求的职业技能培训学院或机构的需求。论文的主要研究工作如下:（1）对协同拆装过程进行参数化建模,提出了协同拆装过程模型。对拆装过程进行了总结;提出了协同拆装过程模型,能够描述大多数的拆装过程;提出了交互对象模型对真实交互过程进行描述;对协同拆装过程模型的数据表示进行具体设计,并设计模型在系统中的构建、更新流程。协同拆装过程模型的定义为后续的手势交互与协同拆装研究奠定了基础,也使系统具有了较好的通用性和移植性。（2）对面向虚拟实训的沉浸式手势自然交互进行研究。对虚拟实训的交互需求进行分析,得到了具体的交互目标;提出了一种手势交互方案;针对交互目标,基于手势设计原则进行了手势设计,包括5种基本手势和3种辅助手势,并开发了手势采集系统进行原始数据的采集,为特征提取做准备;针对应用场景提出了一种新的手势特征提取方法,并基于K最近邻分类算法与其他提取方法进行比较,结果表明新的手势特征提取方法更适合本文应用场景;设计了手势交互的具体交互流程。（3）提出并实现了多人协同拆装的关键方法。基于组合式C/S架构设计了一种多人交互工作流程;设计了一种虚拟替身机制,以实现用户之间的相互感知,具体包括了虚拟替身的位姿控制与同步、创建、销毁;提出了一种维持场景一致性的方法;基于对象锁方法提出一种协同操作控制策略。（4）基于以上内容设计并开发了一个多人协同拆装系统,并以复杂设备汽车手动变速器的拆装作为应用实例。进行了系统设计,具体包括系统功能性需求分析与整体框架设计、拆装模式设计、人机交互设计;提出了替身自动拆装方法和工具自动对齐方法;进行了进行实例应用和系统分析。
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