基于虚拟现实的连铸系统交互技术研究

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1、中图分类号：TP391.9论文编号：2017311117UDC：密级：公开硕士学位论文基于虚拟现实的连铸系统交互技术研究作者姓名：张凯峰学科名称：控制工程研究方向：信息化技术学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月4日申请学位类别：工程硕士导师姓名：谷学静教授单位：华北理工大学电气工程学院李杰高工单位：唐山供电公司论文评阅人：郭建波教授单位：唐山学院汤小娇副教授单位：唐山学院论文答辩日期：2018年3月3日答辩委员会主席：赵春祥研究员关键词：虚拟现实；人机交互；手势识别；碰撞检测；网络通信唐山华北理工大学2018年3月InteractiveTec

2、hnologyResearchofContinuousCastingSystemBasedonVirtualRealityDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringbyZhangKaifeng(ControlEngineering)ProfessorGuXuejingSupervisor:LiJieMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈

3、交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公

4、开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：√□自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要摘要传统的连铸设备操作培训主要以理论学习和现场跟班为主。受设备运行成本和现场危险因素制约，大规模长时间的培训难以进行。为此，设计开发了基于虚拟现实的连铸系统。连铸系统是虚拟现实交互技术在连铸设备操作培训领域的应用，满足钢厂员工和冶金专业学生进行连铸设备操作练习的需求。交互技术对促进学习者与培训系统有效交互、满足连铸操作类技能培训的要求具有重要意义。在分析系统需求的基础上，设计了连铸系统的整体功能架构和交互模式。为增强虚拟现实环

5、境的沉浸感，研究了基于Unity3D的虚拟现实环境开发技术，包括三维模型构建和3D音效，并使用HTCVive头盔及手柄作为3D显示设备和场景交互的控制器。根据连铸设备的操作特点，提出了基于手势识别和碰撞检测的连铸设备操作方法。研究了手势识别和相关硬件技术。使用LeapMotion作为手部姿态数据的采集设备。自定义了系统操作手势，并确定了手势识别的特征向量。研究了手势识别的相关机器学习算法，并采用SVM分类器进行手势识别。在研究碰撞检测算法的基础上，提出了基于射线法和包围盒法的碰撞检测方法。为使多个学习者能在同一个虚拟场景中操作设备，设计了分布式虚拟现实的网络通信模块。

6、研究并确定了网络结构和通信协议，设计了基于PUN和PhotonServer的客户端交互数据收发及服务器端数据分发和管理程序。设计了基于SQLServer2014的系统数据管理和交互性教学指导功能。系统基于Unity3D和HTCVive实现了虚拟连铸环境构建和漫游功能。基于LeapMotion和SVM分类器实现了手势识别功能，识别正确率可达96.2%，并进一步通过碰撞检测实现了虚拟连铸设备的操作功能。利用网络通信技术，实现了多个学习者在同一场景内的协作训练。基于SQLServer2014实现了系统的数据管理功能和交互性教学指导功能。连铸系统通过有效、自然的人机交互方法，

7、为连铸设备操作培训提供了一个新的途径。图43幅；表10个；参58篇。关键词：虚拟现实；人机交互；手势识别；碰撞检测；网络通信分类号：TP391.9-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractTraditionalcontinuouscastingequipmentoperationtrainingismainlybasedontheoreticalstudyandfieldpractice.Itisdifficulttocarryoutlarge-scaletrainingforlongtimeduetotheoperationcostofthee