基于混合现实的管网巡检系统的设计与实现

作     者：李瑞杰 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：郭向坤;苏谟

授予年度：2020年

学科分类：083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 081403[工学-市政工程] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：混合现实 管网巡检 管网动态构建 信息全息叠加显示 

摘      要：混合现实技术(MR)是一项包括计算机、三维仿真技术、电子信息技术等于一体的全新的实用技术。该技术将现实场景中的物体进行虚拟化后在虚拟场景中建模,使得虚拟世界信息、现实世界信息和用户之间能够搭建起一个信息回路,达到增强用户体验真实感的目的。正是因为混合现实技术结合了虚拟和现实,具备多感知性、实时交互性等特征使其被应用于医疗、教育、工业等生活的各个领域。在工业领域方面同样面临着诸多的问题,例如熟练工人日益短缺、人员变动率高和产品日益复杂。混合现实技术应用于工业领域能够极大的节省人力、物力和财力的消耗,提升因熟练工人短缺和产品日益复杂而造成的效率低下的问题。针对传统管网巡检系统中存在的管网数据时效性不足、管网间空间位置关系不直观、连贯性差等问题,本文采用混合现实、空间定位和三维建模等技术,针对管网巡检需要,动态构建管网并与实际地物进行融合,直观展现管网间的空间位置关系和管网的实时运行状态,设计并实现了基于混合现实的管网系统。针对管网模型定位问题,本文设计出了一种空间坐标转换方法来完成虚拟管网与真实管网的空间映射。针对管网模型的构建与优化问题,本文提出一种管网动态构建和优化方法实现管网动态加载和局部连接处的平滑处理。本文采用手势交互和语音交互技术完成与虚拟管网的交互控制。以所在园区局部自来水管网进行实验测试,实验结果表明:通过文中提出的方法可以将虚拟模型与真实管网进行准确的空间融合,能够对虚拟管道衔接处进行平滑处理,清晰直观展现管道的空间关联关系。