虚拟现实技术在电子装备教学中的应用

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1、虚拟现实技术在电子装备教学中的应用　　摘要：电子设备的维修训练，是保证电子设备正常工作的前提。采用真实的电子设备进行维修训练是不错的选择，但这样做的结果是昂贵的电子设备提高了训练成本，还有可能损害正常的电子设备。为降低电子设备维修的训练成本和训练风险，利用虚拟现实技术设计了一种电子设备虚拟维修训练系统。该系统利用3DMax开发设备的三维模型，利用GLStudio模拟设备的各种操作响应，利用多信号模型实现设备的故障模拟，维修场景采用VegaPrime实现。实际训练效果表明，该虚拟维修训练系统可以用于日常飞机的维护训练，具有

2、较高的训练效益。　　关键词；虚拟维修；虚拟仪器；多信号模型　　中图分类号：G648文献标识码：B文章编号：1672-1578（2013）12-0013-027　　目前主要的电子设备包括电台、无线电罗盘、高度表、雷达等，其主要功能是获取信息、传输信息并进行显示。由于电子设备涉及到多个学科和专业，设备复杂，在工作中故障率很高。对电子设备的维修能力是正常使用电子设备的前提。采用实际设备进行维修训练，可以获得较好的训练效果。但由于电子设备昂贵的造价，使得实装训练变得比较困难。并且，使用实际设备直接进行训练，尤其是让新手进行训练，

3、带有很大的风险，容易损害正常的设备。采用计算机软件配合简单的硬件构造虚拟化的维修训练环境，用于训练电子设备维护人员，既可以降低训练成本，又可以避免新手操作不熟练造成对设备的损害，训练效果也有一定的保证。　　然而，目前虚拟维修主要应用于机械设备的维修训练，电子设备的虚拟维修较少提及。这是由于电子设备的特殊性。电子设备的虚拟维修训练系统特殊之处包括三点，一是电子设备所产生或接收的各种信号。一般情况下，电子设备通过产生或者接收大量的信号进行工作，这些信号的特性各异，并且信号之间的依赖关系复杂。二是与电子设备状态相关的多种显示符

4、号。不同的设备操作会导致不同的显示符号。三是维修过程中用于测量信号的仪器。因此，开发电子设备的虚拟维修训练系统，关键在于建立电子设备的信号模型，根据信号的依赖关系，建立电子设备的故障模型，同时利用虚拟仪器模拟信号的测量，实现故障维修训练。　　本文采用虚拟现实技术和多信号模型，设计并开发了电子设备的虚拟维修训练系统，用于新手的维修训练。本系统采用3DMax建立电子设备的三维模型，用于展示设备的外形；采用GL-Studio建立设备的响应模型，用于训练电子设备的各种操作；采用多信号模型，建立电子设备的故障模型，用于模拟电子设备

5、的各种常见故障；采用虚拟仪器，实现设备主要射频、低频信号的虚拟测试；最后采用专家系统对训练过程进行评估。本论文分为以下几部分：首先介绍虚拟维修的现状，然后介绍了电子设备虚拟维修的关键技术，接着给出了电子设备虚拟维修训练系统的硬件架构和软件架构，并对主要部分进行分析；最后总结了电子设备虚拟维修训练系统的主要特点和发展方向。　　1.虚拟维修的研究现状7　　德国Fraunhofer计算机图形研究所与宝马公司联合开展以宝马汽车装配和维修过程的核查与确认为目的的虚拟装配仿真，美国LockheedMartin公司在F-16飞机设计过

6、程中采用虚拟维修确认和人素分析[1]，英国Salford大学虚拟环境中心对包括碰撞检测、约束建模等关键性问题展开研究。华中科技大学对虚拟维修拆卸过程规划与仿真进行了深入的研究，该文研究了基于零件约束关系的Petri网拆卸序列规划，对模型特性进行了分析和验证，用获得的拆卸序列建立拆卸序列数据链表，存储零件的信息。　　文献[2]对于三维环境下的路径规划，本文先是对三维路径规划中所需要采用的一些关键技术作了研究，包括关键帧路径动画、人体步行周期以及OSG骨骼动画技术。然后本文将这些技术应用于虚拟应急演练系统中，完成了基于OSG

7、的虚拟人路径规划模拟系统。可获得外界数据，达到人机交互，呈现相应信息给用户。　　文献[3]设计了某型雷达结构虚拟维修的总体方案和维修仿真规划，建立了维修仿真环境，给出了某型雷达结构虚拟维修的操作流程及可视化的碰撞检测结果，同时对其维修性和人机工效学进行了评估与验证。　　2.电子设备虚拟维修训练系统软件架构　　该系统通过任务选择和角色指派为受训对象提供虚拟化维修场景和维修训练环境，训练科目包括外场维护和内场维修，主要建设内容包括设备拆装建模、设备信号建模、虚拟仪器建模、三维虚拟场景建模、维修过程建模和维修评估建模等。7　　

8、装备的三维模型用于展示装备的外观，装备的拆装模型用于训练装备拆装顺序。装备的信号模型用于模拟装备的工作过程和各种故障。装备是否发生故障，在实际训练过程中需要采用虚拟仪器进行虚拟化测试，根据测试得到的结果对装备的状态进行判断。总之，装备的三维与拆装模型、装备的信号模型和虚拟仪器构成电子设备虚拟维修训练系统的维修场景，维