船艇装备虚拟拆装训练系统设计探究

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1、船艇装备虚拟拆装训练系统设计探究　　摘要：文章阐述了目前船艇部队拆装培训的现状、存在的问题，提出了利用虚拟现实技术，开发船艇装备虚拟拆装系统进行船艇装备拆装训练的方法，分析了船艇装备虚拟拆装系统的需求与功能，设计了系统开发方案，研究了系统实现的关键技术，并以此为基础开发了船艇装备虚拟拆装系统。关键词：船艇装备；虚拟拆装；EON中图分类号：U676文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）22-0094-026目前，船艇部队和院校对装备使用和维护人员的拆装培训一般采用两种方式：理论学习和实装训练。理论

2、学习利用教材、多媒体动画、视频录像、图纸及装备的技术手册等资源对受训者进行培训，可使受训者掌握装备结构原理，装配的信息、工艺等理论知识，但这种方式不利于受训者的实际操作能力的提升。实装训练在理论学习的基础上，运用所掌握的理论知识，在实际装备上进行拆装训练。这种方式能够使受训者直观地了解实际装备的内部结构，增强受训者的实际动手能力。但这种方式在训练过程中，常出现大量的工具、零部件和材料的损耗现象，导致实际装备拆装功能减弱。而且，用于训练的装备更新速度远落后于船艇部队装备更新的速度，训练无法满足实际需要。在受训人员

3、较多时，由于实际装备数量的限制，需要耗费大量的时间和人力。因此，急需教学训练手段和方法的创新来解决上述问题。船艇装备虚拟拆装训练系统是目前最为有效的替代方法，虚拟拆装技术能够保留上述两种培训方式的优点，弥补它们的不足，增强装备使用人员的操作能力，提高维修技术人员的维修技能，为新装备的使用维护水平的提高，提供了一种新的方式，有利于新装备快速形成战斗力。本文通过分析船艇装备虚拟拆装训练系统需求和功能，设计了系统开发的方案，研究了系统实现的关键技术。1系统的需求与功能分析拆装训练的主要目的是通过训练提高装备使用人员对

4、船艇装备结构、原理性能的认知水平和装备维修人员的维护修理能力。虚拟拆装训练系统要能够形象直观地演示船艇装备结构、原理、拆装过程，指导受训者进行装备认知和拆装训练，并能对受训者的认知和拆装能力进行考核。通过对船艇装备拆装训练的需求分析，系统主要实现以下三个功能，如图1所示。6（1）理论学习功能。系统以文字、图纸、多媒体动画、录像视频等资源为基础，利用虚拟现实技术构建的虚拟拆装场景，通过装备结构与原理的可视化教学、相关资料的检索、装备拆装过程的自动演示讲解等子功能，为受训者提供装备理论知识、拆装过程的理论知识。系统

5、有适当的接口，可以更新理论知识，以适应装备的更新。（2）拆装训练功能。系统为达到实际装备拆装训练相同的作用，通过完全拆装、部分拆装和指定目标拆装三种训练任务，系统引导拆装、受训者自主拆装两种训练模式逐步提高受训者的实际拆装能力。训练的过程中，受训者可以查阅相关的帮助文档，了解拆装的工艺。为了适应部队装备的更新，系统能提供任务更新接口。（3）训练考核功能。系统追踪并记录受训者的考核过程，根据评估算法评价受训者拆装的能力。管理人员能够根据需求编辑考核的任务。系统能够对同一批次的考核成绩进行分析，了解训练过程中存在的

6、不足，为以后的训练提供依据，促进训练效果的提高。2系统开发方案设计6在虚拟拆装训练系统的开发方面，国内外的研究者做了大量的研究，主流的虚拟拆装训练系统开发的方案主要可以分为三种：底层开发，二次开发和基于3D引擎的开发。底层开发，是利用高级程序语言和图形开发接口（如OpenGL、VRML等），从底层开始构建虚拟环境。这种方式灵活性好，执行效率相对较高，可以满足用户的个性化要求，但是开发周期较长、工作量大、对程序员的要求高。二次开发，是指在原有的CAD软件进行二次开发（如Pro/E、UG等），这种方式开发周期短、难

7、度相对较低，但对CAD软件的依赖性高，不能满足用户的个性化要求，沉浸感和交互感较差。基于3D引擎的开法（如EON、Virtools、VP等），这种方式开发的周期短，工作量相对较小，对程序员要求较低，而且系统的交互性好、沉浸感强。考虑船艇装备拆装训练的实际要求，结合开发人员的实际情况，本系统采用第三种方式开发船艇装备虚拟拆装训练系统，系统开发的方案如图2所示，主要包括5个部分：三维建模、模型预处理、虚拟拆装仿真、系统集成和数据库。其中三维建模部分主要完成利用SolidWorks建立船艇装备、拆装设备与工具、拆装场

8、景的三维模型；模型预处理部分主要完成利用3DMax对建立的三维模型进行优化调整；虚拟拆装仿真部分主要完成在EON中导入三维模型，在拆装工艺规划的基础上，实现装备自动演示的路径和顺序设置、自主拆装的路径及顺序设置、交互操作的控制，碰撞检验；数据库部分主要实现对人员信息、拆装知识、拆装模型等信息的管理；系统集成部分主要实现数据库、训练任务和模式等进行集成，通过人机友好的系统界面，便于人员的