基于虚拟人技术的协同虚拟装配系统设计

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1、基于虚拟人技术的协同虚拟装配系统设计重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：江涛指导教师：吴玉成教授学位类别：工程硕士（电子与通信工程领域）重庆大学通信工程学院二〇一五年四月DesignofCollaborativeVirtualAssemblySystemBasedonVirtualHumanTechnologyAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByJia

2、ngTaoSupervisedbyProf.WuYuchengSpecialty:ME(ElectronicandCommunicationEngineeringField)CollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要模拟训练是军事与航天工业中的重要课题，随着虚拟现实技术的快速发展，相关技术越来越多地应用到航天领域，运用虚拟现实技术进行仿真，借助虚拟现实设备，操作手可以在

3、虚拟系统中，按既定的装配流程完成装配任务，获得接近真实的装配感受。从而降低测试发射的风险，减少资金的投入。针对我国航天任务越来越重，而平时工作中又缺少实装设备进行相关训练的情况，有必要建立协同虚拟装配系统，以提高人员实际操作技能和人才队伍的整体建设。论文在研究虚拟人技术的基础上，结合虚拟环境技术，通过物理引擎和交互区设计，完成了协同虚拟装配系统设计。主要内容有：①提出了协同虚拟装配系统的整体设计方案和系统应该具备的功能，从系统整体逻辑框架出发，特别说明了系统具有的独特的功能模块，从虚拟人和虚拟环境两个方面进行了需求分

4、析，提出了设计子系统需要的技术和需要解决的难题。②对系统涉及的虚拟人技术进行研究：通过对人体运动捕获系统的分析和比较，优化了Vicon系统的硬件设计，减少了数据采集过程中的丢点数量，提高了系统数据采集的稳定性和可靠性。利用采集的实例数据创建了符合H-Anim标准的虚拟人模型和虚拟人姿态库。分析了现有虚拟人驱动技术，设计了基于分级几何统计模型的运动间插值算法，提高了系统合成的虚拟人运动的逼真度。设计了基于实例数据的逆运动学求解技术，将人体生理限制作为约束条件对逆运动学算法进行规划，提高了对虚拟人运动的实时控制效果。设计

5、了判断运动数据对其时间的二阶导数的方法，有效减少了系统“误判”异常点的情况，并通过仿真实验，验证了在虚拟人运动过程中，该方法能够有效地减少模型发生扭曲等突变现象。③建立了虚拟环境和装配设备三维模型，采用多细节层次和碰撞检测等技术，完善了虚拟场景显示设计，建立了流畅、逼真、立体感突出的三维虚拟场景，实现了人员活动的立体场景逼真展示。并通过物理引擎和交互区设计，实现了虚拟人与虚拟环境、设备的交互，对集成的虚拟装配系统进行了测试，通过实际应用模式的演练，验证了本系统的有效性和可行性。在以某型号火箭为基础的教学训练中，该系统

6、取得了良好的应用效果：既能给操作手身临其境的装配体验，又能达到对其他人员教学的目的，为提高航天测试发射能力发挥了重要作用。关键词：虚拟人，运动合成，运动控制，虚拟装配，协同I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTSimulationtrainingisanimportantresearchinmilitaryandaerospaceindustry.Withtherapiddevelopmentofthevirtualrealitytechnology,ithasbeenmoreandmoreappliedin

7、thefieldofaerospace.Itusesthevirtualrealitytechnologyforsimulation.Withthehelpofvirtualrealityequipment,themanipulatorcancompletetheassemblytaskaccordingtotheassemblyprocessinthevirtualsystem,whichcanobtainthesimilarexperienceoftherealassembly.Therefore,itcanre

8、ducetheriskofthetestlaunchandtheinvestmentoffunds.Fortheincreasinglyheavyaerospacetask,itisnecessarytoestablishacollaborativevirtualassemblysystemunderthesituationthattherei