增强现实维修诱导系统关键技术研究

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1、南京航空航天大学博士学位论文增强现实维修诱导系统关键技术研究姓名：赵新灿申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：左洪福20070901南京航空航天大学博士学位论文摘要民用航空发动机是结构极其复杂、技术高度密集的大型复杂机电系统，使用和维修过程对人员技术水平有极高的要求，因此，以提高民航机务人员维修水平，降低维修难度为目标，开展维修技术与方法的研究，具有重要的理论价值和现实意义。本文以航空发动机外场典型维修工作为例，将可穿戴式辅助维修基本理论和增强现实技术相结合，对其中涉及的数字化维修关键技术进行

2、了深入研究，开发了一种以维修人员为中心的人性化、智能化的维修辅助系统，对维修人员进行培训和指导，可以降低维修作业难度、减少作业差错。现将文中的主要工作内容及创新点总结如下：（1）提出了基于自然特征的增强现实系统注册算法理论模型，将复杂的无标志注册问题分解为特征提取、特征匹配、三维重建、虚实融合四个可操作的具体问题，利用虚拟视觉伺服和从运动中恢复结构的技术，通过跟踪图像序列的点特征和线特征，实现了基于自然特征的增强现实注册算法，实验结果验证了该方法的有效性。（2）在研究视线跟踪技术基本原理的基础上，通过电磁式

3、位置跟踪器和共面四彩色标志点位置跟踪算法，构建了头部静止和头部自由运动两套视线跟踪系统，通过ο实验数据分析平均跟踪误差分别为0.9585和9.5871mm，满足维修诱导系统精度要求；通过将视线跟踪系统和增强现实光学透视式头盔集成，构建了具有视线跟踪功能的增强现实自然交互式头盔，为增强现实维修诱导系统的研制打下了良好的基础。（3）增强现实维修诱导系统中诱导信息的组织和表达是个关键问题，本文将维修手册操作步骤、EBOM表和虚拟样机数据对应起来，构建了交互式电子手册（IETM）原型系统，将设计部门的飞机虚拟样机数

4、据转换成增强现实维修诱导系统所需要并能够在增强场景中迅速、逼真展示的样机模型，大大提高了模型质量和建模效率。（4）利用面向对象和多媒体同步Petri网建模技术构建了包含维修工作描述模型、维修作业指导模型和维修人员能力评估模型的维修诱导任务网（MGTN），较好地解决了维修工作描述，信息同步和用户交互，用户维修能力评估三个关键问题。以MGTN工作流程控制模块为核心，命令解释模块和运动感知模块为数据输入，信息增强模块为输出，通过场景分析模块和信息获取模块的辅助，完成增强现实维修诱导过程。（5）本文的最后通过典型A

5、PU载荷压气机孔探工卡检查的实例，对增强现实维修诱导系统的完整应用进行了验证。利用三维注册技术、人机自然交互技术、交互式电子手册（IETM）和MGTN维修知识描述方法实现了一个增强现实维修诱导原型系统，该实例证实了增强现实维修诱导系统在航空器维修中具有良好的应用效果。关键词：增强现实,维修诱导,人机交互,三维注册,交互式电子手册i增强现实维修诱导系统关键技术研究AbstractTheaero-engineisacomplexsystemwithextremelycomplicatedstructureand

6、highlyconcentratedtechnology,theapplicationandmaintenanceofwhicharebothgreatlydemandingproficienttechnicians.Therefore,thisthesiswhichisaimedtoraisethemaintenanceleveloftheaerotechnicians,lowerthedifficultylevelofmaintenanceandresearchintothemethodandtechn

7、ologyofmaintenancewillbeofgreatsignificance.Takingthetypicalaero-enginemaintenanceworkintheoutsidefieldasanexample,combiningthebasicwearablemaintenanceaidtheoryandtheaugmentedrealitytechnology,thispaperhasdoneadeepresearchintothekeydigitalmaintenancetechni

8、queandhasdevelopedapersonifiedandintelligentmaintenanceaidsystem,centeredonthemaintenancetechnicians.Thismaintenanceaidsystemcanbeappliedtotrainthetechniciansandgivethemdirections,lowerthedifficultylevelofthe