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基于htc vive的船用脚手架交互仿真系统

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基于HTC Vive的船用脚手架交互仿真系统

基于VR技术的智能小车仿真学习系统设计与实现

2018年数字化造船学术交流会议

作者：徐仁桐韦乃琨王冬梅李杨梅卢光星上海船舶工艺研究所上海申博信息系统工程有限公司数字化造船国家工程实验室

在造修船时,脚手架是常备的施工设施,也是保障施工人员安全作业的防护架。由于现场施工人员技术参差不齐,搭建的脚手架可能会不符合规范,造成安全隐患,为此,对脚手架的安全培训尤为重要。本项目采用VR(Virtual Reality)技术实现了基于HT... 详细信息

在造修船时,脚手架是常备的施工设施,也是保障施工人员安全作业的防护架。由于现场施工人员技术参差不齐,搭建的脚手架可能会不符合规范,造成安全隐患,为此,对脚手架的安全培训尤为重要。本项目采用VR(Virtual Reality)技术实现了基于htc vive头盔的脚手架搭建培训仿真系统。实践证明,该仿真系统能够极大地提高员工对脚手架搭建技能的掌握速度,节省培训时间,提高培训效率。

关键词：脚手架 htc vive Unity3D 虚拟现实 VRTK iTween

来源： cnki会议评论

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基于VR技术的智能小车仿真学习系统设计与实现

作者：陈逍遥西北师范大学

学位级别：硕士

近年来,智能车的学习热度快速增长,对其学习方式也提出了新的挑战。传统的课堂教学方式存在场地限制、设备损耗等问题,已经不能充分满足智能车的学习需求。以人机交互为代表的虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术能够使用户沉浸在虚拟... 详细信息

近年来,智能车的学习热度快速增长,对其学习方式也提出了新的挑战。传统的课堂教学方式存在场地限制、设备损耗等问题,已经不能充分满足智能车的学习需求。以人机交互为代表的虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术能够使用户沉浸在虚拟场景中,同时具备在场景中交互的能力。在此基础上,将虚拟现实技术应用于智能车学习领域,可以帮助学生更好的理解学习相关知识。本文在学校STEAM创新教育工坊项目需求下,将虚拟现实技术与智能车实训教学相结合,使用当下主流的VR设备htc vive和C#脚本语言实现交互功能,搭建一个虚拟智能车实训教学平台,为学生提供一个虚拟实训场景,帮助学生更好的掌握和学习智能车相关知识。本文的具体工作概括如下:（1）相关理论的学习与研究。查阅文献及相关资料,调查研究VR技术的历史与发展,总结并分析了目前的虚拟现实开发平台及相关硬件设备的优势与不足,最后使用Unity3D引擎和htc vive硬件设备来实现虚拟实训系统。（2）虚拟实训系统开发框架及功能设计。通过应用需求分析,明确虚拟实训系统的场景功能设计及呈现方式。研究分析了虚拟三维建模、空间跟踪定位、人机交互等关键VR技术,设计完成了智能车装配、虚拟数字课堂、智能车实验（寻迹、超声波避障）等典型场景模块的功能,搭建虚拟智能小车仿真实训系统开发框架。（3）虚拟现实系统功能实现与案例开发。以htc vive为虚拟现实硬件平台,Unity3D引擎为软件开发平台,利用C#语言开发脚本,采用3Ds MAX进行三维模型构建,开发实现沉浸式交互实训系统。针对青少年的学习特点,编撰智能车寻迹、超声波避障等教学案例,开展项目式教学实践。通过调查问卷的方式,对所设计系统进行优化改进。综上,基于虚拟现实技术设计的智能小车实训系统,可以达到不受时空限制学习智能小车知识的目的。在头戴式显示器（HMD）中构建沉浸空间,系统通过手柄操作,摆脱对鼠标、键盘设备的依赖,模拟真实操作体验,实现了虚拟现实的实训效果。本系统具有良好的易用性和拓展性,实现了利用虚拟现实技术在智能车学习领域设计应用的目标。

关键词：虚拟现实技术智能小车 Unity3D htc vive 教学实践

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虚拟现实环境下车间装配仿真关键技术研究

虚拟现实环境下车间装配仿真关键技术研究

作者：李先成华中科技大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实技术的普及,人们对虚拟现实环境下的装配仿真关键技术的研究越来越多。使用者在虚拟现实环境下能够直观地观察产品的外形结构,从而能够及时地发现产品的设计问题,并且能够对装配可行性进行检验和验证,能够有效减少物理模型... 详细信息

随着虚拟现实技术的普及,人们对虚拟现实环境下的装配仿真关键技术的研究越来越多。使用者在虚拟现实环境下能够直观地观察产品的外形结构,从而能够及时地发现产品的设计问题,并且能够对装配可行性进行检验和验证,能够有效减少物理模型的制作,降低研发和生产成本。目前,大多数传统的虚拟装配系统仍是基于桌面环境,普遍存在可交互性差和沉浸感低的问题。本文基于虚拟现实技术,研究如何将真实的装配系统映射到虚拟现实环境中,利用传统虚拟实验系统节省资源的优点,并结合htc vive虚拟现实头盔,能够让用户沉浸在在虚拟现实环境中,并能与真实环境中一样的体验完成装配操作。本文对当前虚拟现实装配关键技术的发展现状做出了分析,并针对刚体碰撞技术和人机交互技术两个方面展开具体研究。本文提出了基于Unity3D的局部碰撞器检测关键技术,解决复杂外形刚体模型的碰撞检测精确度低的问题。为了提高虚拟现实系统的可交互性,本文分别针对软件和硬件方面,提出了基于Unity3D复杂可控动画交互技术和基于htc vive控制器的虚拟现实交互技术。其中复杂可控动画技术是本文基于Unity3D平台创新性地提出“先采集后插值”的一种用于解决复杂动画过程控制解决方案。为了验证提出的关键技术可行性,本文采用MVC设计模式,从场景设计,功能设计,界面设计,交互方案设计四个方面,设计实现了“液压支架侧护板装配仿真系统”并对该系统提出了一套可行的性能优化方案。

关键词：虚拟现实装配仿真 Unity3D htc vive 交互动画碰撞检测

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基于虚拟现实的装配仿真应用与研究

基于虚拟现实的装配仿真应用与研究

作者：唐明哲电子科技大学

学位级别：硕士

虚拟现实(VR)是一种采用计算机技术和硬件资源模拟生成一个三维、能够提供给用户非常真实体验虚拟场景的技术,它允许用户与虚拟场景中的物体进行交互。它的出现正在逐渐改变人们的生活,并已成为当今非常重要的发展方向。目前,虚拟现实... 详细信息

虚拟现实(VR)是一种采用计算机技术和硬件资源模拟生成一个三维、能够提供给用户非常真实体验虚拟场景的技术,它允许用户与虚拟场景中的物体进行交互。它的出现正在逐渐改变人们的生活,并已成为当今非常重要的发展方向。目前,虚拟现实的基本方法和理论已经相对成熟,并且已经应用到了多个领域。由于虚拟现实技术可以在实际投入生产制造之前,能及时地解决产品开发遇到的问题,从而可以有效的减少错误,提高制造效率,所以在产品设计、制造、装配、车间管理、过程模拟、生产计划、培训、测试和验证等工程领域均有所涉及。虚拟装配技术是虚拟现实技术与传统装配技术的结合,由于装配是产品制造中的重要环节,近些年来虚拟现实技术的飞速发展使虚拟装配技术逐渐成为各种企业、机构的研究热点,得到了越来越多的关注。论文通过分析对比当前几种主流虚拟现实制作引擎和虚拟现实硬件设备,最终选用Unity3d引擎和htc vive设备将虚拟现实技术应用到装配领域,完成了减速器虚拟装配系统的开发。研究工作包括减速器的三维建模、装配工艺与技术要点分析、虚拟环境搭建、装配与拆卸动画录制以及系统的设计、实现与优化。装配系统采用C#语言编程,功能包括三大模块,即导航模块、学习模块和训练模块。系统主要用于装配和维修培训,因此学习模块和训练模块包括装配学习与训练以及拆卸学习与训练。导航模块引导工人在各个场景间进行切换;学习模块帮助工人学习减速器的拆卸和装配工艺;训练模块由工人自主进行装配和拆卸的训练。为了使工人与虚拟环境的交互更加顺畅与真实,系统采用Unity3d UGUI系统制作用户界面,并且提前对减速器零件录制了相应动画以在必要时进行动画模拟,还加入了触觉反馈及各种操作提示。本文完成了减速器虚拟装配系统的开发,实现了虚拟现实技术结合传统装配技术在教育培训中的应用,并对系统中用到的关键性的虚拟装配定位方法以及虚拟装配工艺进行了研究与优化,让虚拟装配的精度和效率更高、仿真效果更好。

关键词：虚拟现实虚拟装配减速器 Unity3d htc vive

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基于VR的桥吊车间可视化系统研究

基于VR的桥吊车间可视化系统研究

作者：董胜豪大连理工大学

学位级别：硕士

随着信息和计算机技术的发展,无人化、智能化的车间作业对提高企业生产效率、降低耗能等都有很大的助益。桥式起重机是车间生产和安全的重要保障,研究桥机在无人化车间的智能运行具有重要意义。虚拟现实作为结合电子信息、仿真等技术的... 详细信息

随着信息和计算机技术的发展,无人化、智能化的车间作业对提高企业生产效率、降低耗能等都有很大的助益。桥式起重机是车间生产和安全的重要保障,研究桥机在无人化车间的智能运行具有重要意义。虚拟现实作为结合电子信息、仿真等技术的新一代多媒体技术,可以让人在虚拟环境下更直观的探究设计方案的可行性,及时发现问题,降低物理实验和研发的成本,本文基于虚拟现实技术,搭建了基于VR的无人车间桥机的智能运行仿真系统,并综合常规作业功能,为用户提供车间漫游,桥机动画演示,设备浏览学习等基本操作,让用户在沉浸式仿真环境中研究无人车间内桥机的相关应用。首先,搭建出虚拟车间环境和桥机整机模型。通过SolidWorks、CAD、3ds Max等图形建模软件,建立厂房转载场地模型和桥机模型,整合材质、贴图、纹理等资源,实现模型的优化,导入Unity3D虚拟现实开发平台后,再进行桥机的模型重构,调整桥机运动部件的空间和逻辑结构,为实现桥机空间路径规划运行打下基础,将导入Unity3D平台的模型效果作为反馈,优化上游建模软件的工作,并赋予模型及环境物理属性,提升仿真效果。其次,利用PBD（Position based dynamics）算法,实现了桥机钢丝绳的柔性建模,使其在虚拟空间中的运动更接近真实,并利用Unity3D平台的渲染通道,完成了钢丝绳的外观渲染。将导航网格地图代替传统栅格地图应用于A*寻路算法,结合Unity3D平台的导航寻路功能插件（NavMesh components）、碰撞检测等技术,实现了桥机在空间每一层中的最优路径仿真运行。利用自定义脚本和导航代理Agent（带有寻路脚本的移动主体）完成了桥机在空间X、Y向寻路运动,自定义脚本通过将桥机的运动叠加到导航代理Agent的功能上,使大、小车的协同运行速度可调可控,验证了该方法针对桥机在空间路径寻优方面的有效性。最后,基于htc vive虚拟现实设备,在VR（Virtual Reality）的沉浸式、交互式环境下实现桥机的空间路径轨迹仿真运行,以及车间漫游等功能,同时,兼顾常规培训操作,为用户提供桥机动画演示、设备浏览学习等选择。

关键词：虚拟车间桥式起重机虚拟现实 Unity3D htc vive 可视化系统

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基于虚拟现实技术的针灸教学软件开发设计

基于虚拟现实技术的针灸教学软件开发设计

作者：高红磊安徽中医药大学

学位级别：硕士

计算机技术的不断创新与发展,改变了传统教育教学思路和模式,使得以计算机技术为核心的虚拟现实技术在中医教学中有了越来越多的应用。为提高中医教学效率和质量并且使得学习者加深对人体穴位理论知识的理解与记忆,研究基于虚拟现实技... 详细信息

计算机技术的不断创新与发展,改变了传统教育教学思路和模式,使得以计算机技术为核心的虚拟现实技术在中医教学中有了越来越多的应用。为提高中医教学效率和质量并且使得学习者加深对人体穴位理论知识的理解与记忆,研究基于虚拟现实技术的中医虚拟针灸教学软件开发中的关键技术。以传统针灸铜人为切入点,通过穴位表达模型的建立,探讨虚拟现实技术及设备在针灸教学工作中的应用,设计了一个针灸铜人教学仿真软件。首先根据实际需求,完成系统的功能总体设计。通过明确需要表达的穴位信息的各属性之间存在的映射,设计对应的属性表达关系,完成穴位信息存储表达模型的结构化描述及解析。其次使用3d Max软件完成对人体和穴位模型的设计,尤其注重人体特殊关键部位轮廓的绘制,根据穴位的特点,使用球体模型模拟穴位。最后基于Unity3d建立虚拟环境,结合虚拟现实设备htc vive,实现虚拟针灸铜人的旋转控制,完成人机交互功能。最后通过查询穴位信息后UI界面显示,实现数据的解析,完成虚拟针灸教学中穴位的三维展示。

关键词：虚拟现实技术针灸仿真教学穴位信息表达模型 htc vive

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沉浸式虚拟印刷博物馆的设计制作

沉浸式虚拟印刷博物馆的设计制作

作者：吕志梅天津科技大学

学位级别：硕士

随着计算机水平和新媒体技术的发展,虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)也逐渐被人们熟知,应用到了人们生活的方方面面。虚拟现实将计算机技术、图像处理技术、图形渲染技术等高新技术结合,利用计算机搭建出真实度高的虚拟环境,借助... 详细信息

随着计算机水平和新媒体技术的发展,虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)也逐渐被人们熟知,应用到了人们生活的方方面面。虚拟现实将计算机技术、图像处理技术、图形渲染技术等高新技术结合,利用计算机搭建出真实度高的虚拟环境,借助头戴显示器、控制手柄等设备使用户能够沉浸到该环境中从而与虚拟环境中的物品进行人机交互。本课题对虚拟博物馆和虚拟现实技术的应用与研究现状进行了调查分析,选用VR一体机htc vive进行虚拟印刷博物馆的系统开发。前期准备工作主要是实地调研中国印刷博物馆的建筑布局以及众多印刷展品的素材拍摄及文字素材准备,为后期制作虚拟印刷博物馆打好基础。准备工作完成后,需要对整体的开发思路进行设计,寻求最合适最具效率的实现方法,探索整个虚拟印刷博物馆的可行性与制作难度。在系统中期制作过程中,采用Unity3D游戏开发引擎作为主要的开发工具,利用C#编程语言进行交互功能的实现,调用Steam VRPlugin、Virtual RealityToolkit开发工具包辅助VR功能开发,同时运用第三方内容设计工具PhotoShop、Premieree和3DsMax进行图文音频素材处理及印刷展品的模型构建,利用材质渲染软件Substance Designer构建更真实的虚拟印刷博物馆场景。本课题以北京市的中国印刷博物馆为创作蓝本,制作出更具交互性、数字化的虚拟印刷博物馆。该博物馆总共有三楼,一楼与二楼主要是图文展示以及印刷板材的展示,用户可以借助htc手柄在虚拟印刷博物馆中任意浏览,抓取展品进行详细观看;三楼制作了简单介绍了活字印刷、雕版印刷以及丝网印刷,制作了活字印刷实验交互,用户可以体验简单的印刷过程,增添了虚拟印刷博物馆的趣味性及交互性。本课题的优势在于结合了 htc vive进行新颖的沉浸式交互体验,使用户摆脱了时间、地点上的限制,区别于传统印刷博物馆单一式的参观浏览方式,虚拟印刷博物馆能够让用户全方位的观赏印刷博物馆及其珍贵展品,为传统印刷博物馆提供了一种新的宣传方式。

关键词：虚拟印刷博物馆印刷实验 htc vive

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石化消防三维数字化分析与应急演练

石化消防三维数字化分析与应急演练

作者：万倩男青岛科技大学

学位级别：硕士

虚拟现实技术能够提供逼真的虚拟场景以及真实的交互体验。石化行业属于高危行业,石化事故的发生会造成难以估计的后果,为了降低石化事故造成的危害,有必要对石化行业相关人员进行安全培训。石化行业传统的培训方式为实战演练及文本图... 详细信息

虚拟现实技术能够提供逼真的虚拟场景以及真实的交互体验。石化行业属于高危行业,石化事故的发生会造成难以估计的后果,为了降低石化事故造成的危害,有必要对石化行业相关人员进行安全培训。石化行业传统的培训方式为实战演练及文本图像培训,然而这两种培训方式的培训效果有限,无法作为有效的培训手段。虚拟现实技术的发展为石化行业提供了一种新型有效的培训方式,本文将虚拟现实技术应用到石化行业,主要研究内容如下:(1)针对传统多目标优化算法在消防车调度优化当中精确度较低的问题,本文提出了一种改进的NSGA-Ⅱ算法。为解决消防车调度中染色体基因重复出现的问题,通过对基因进行分组并分配权重,提高了算法初始种群的适应能力,为使种群朝指定方向收敛,通过引入目标函数的优先级,提高算法的精确度。将改进的NSGA-Ⅱ算法与原算法进行比较分析,并对优化结果进行三维可视化。(2)为减少石化行业事故发生时的人员伤亡及财产损失,利用沉浸式虚拟现实技术对员工进行事故应急处置培训,构建近似真实的火灾事故现场,选用htc vive作为虚拟环境的交互设备,并通过其附属设备实现培训人员与虚拟场景之间的交互,使培训人员在完全沉浸的情景下进行消防模拟演练,从而提高员工的事故应急处置能力。(3)提出了一种基于场景自主搭建的石化直接作业虚拟仿真技术。根据直接作业系统性强、场景复杂、风险性大、多角色协同等特点,采用基于大比例尺地形图及化工工艺流程的三维建模方法对石化装置进行整体和细节建模;采用分布式交互仿真技术实现不同参训人员之间的通信交互;采用基于事件的训练方法(EBAT),通过分析各类直接作业环节的作业要素,自主搭建各类直接作业及其交叉作业的真实场景,通过任务之间的逻辑关系,自主设置作业流程,实现了仿真培训课程的自主化扩充。

关键词：虚拟现实技术石化消防 NSGA-Ⅱ算法 htc vive 直接作业场景自主搭建

沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统的研发

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沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统的研发

作者：雷文山东建筑大学

学位级别：硕士

虽然目前市场上针对机械类的虚拟仿真教学软件很多,但它们大多数都是采用键盘、鼠标等传统的人机交互操作方式,这样的交互方式因其本身的局限性,缺少现场环境因素,不能真实的展现虚拟拆装、虚拟加工等操作过程,亦无法满足使用者对逼真... 详细信息

虽然目前市场上针对机械类的虚拟仿真教学软件很多,但它们大多数都是采用键盘、鼠标等传统的人机交互操作方式,这样的交互方式因其本身的局限性,缺少现场环境因素,不能真实的展现虚拟拆装、虚拟加工等操作过程,亦无法满足使用者对逼真视觉效果和真实操作体验感的追求。近几年随着智能化技术的发展,各种虚拟硬件设备的不断完善,例如头盔显示器、数据手套等产品的逐步成熟,推动着VR行业的进步,使得沉浸式系统的开发也成为了可能。因此,将VR教学资源与VR交互硬件设备结合而开发的沉浸式教学系统将会成为虚拟教学领域的一种新趋势。课题以涉及C616车床尾座的相关知识点为基础,结合虚拟硬件设备htc vive与数据手套,依托于虚拟现实开发平台—Unity引擎,设计并开发了沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统。它不仅可以有效地解决了传统机械原理、互换性与测量技术基础、机械加工和机床教学中存在的问题,还能够增加学生对机械类学科的学习兴趣,提高他们对机械设计制造的实践能力,同时又能消除安全隐患,另外本课题的思路以及技术也可应用于其他教学项目的开发。结合具体的开发,本文研究了课题的形成背景及存在意义;并对虚拟仿真教学系统的国内外研究现状、虚拟现实设备的发展概要以及基于数据手套以及头盔显示器的沉浸式虚拟现实系统的国内外研究现状进行了综述。以建构主义为核心指导思想,规划了系统的开发思路;并从实现角度出发,归纳了开发平台Unity3D与htc vive进行系统集成时常出现的问题,并给出了解决方法。开发了C616车床尾座的VR教学资源,包括3D建模、动画制作、虚拟拆装、典型零件加工工艺仿真等,并且深入研究了VR教学资源开发过程中所涉及的关键技术,包括交互界面的设计、仿真加工动画的制作与导出、系统优化、碰撞检测技术等。此外,对基于数据手套的C616车床尾座拆装交互平台的实现进行了研究,包括数据手套与开发平台的集成、数据手套与虚拟手的运动映射、手势识别技术、虚拟手与C616车床尾座交互过程中的碰撞检测技术等。完成了基于htc vive的典型零件的虚拟加工平台的实现,深入研究:htc vive与开发平台的集成、空间定位及位置跟踪的原理、开发平台对htc vive数据的实时获取、沉浸式系统的图形渲染原理—即双眼看到的图像是如何产生的。本人开发的沉浸式C616车床尾座虚拟仿真教学系统,证明了虚拟教学资源与VR硬件设备的结合是切实可行的。该系统塑造了真实的教学环境,具有前瞻性和借鉴意义,能有效促进学生对知识点的深层次理解以及实践能力的增强,是机械教学模式的新突破。

关键词：虚拟现实沉浸式数据手套 htc vive 图形渲染