基于虚拟现实的机电作业仿真系统的研究和实现方法

苏 琪

（中国船舶集团有限公司第七一五研究所，杭州 310000）

1 方案概述

基于虚拟现实的机电系统仿真主要通过虚拟现实技术[1-2]、智能穿戴技术和分布式计算机仿真技术，实现系统的全流程交互式仿真分析和沉浸式实景仿真作业模拟。系统按真实场景的实际尺寸构建虚拟模型，在设计开发阶段可以作为验证设备结构、布局、控制流程等是否合理的重要工具，对设备的适应性研究提供设计依据。系统支持多人协同操作，可为操作人员全面熟悉实际装备的功能、结构和组成，快速掌握装备操作、维护、保养及应急安全处理方法，提供重要的技术支撑，是在装备制造完成后作为辅助培训和模拟操作训练的重要装备。

2 硬件系统的设计方案

姿态捕捉控制设备中包括动作捕捉设备、数据手柄和数据手套。人机交互接口与服务器具体的连接形式如图1所示。

图1 人机交互接口与服务器连接示意图

3 软件方案

3.1 软件总体结构

软件主要实现对三维模型的驱动、实际工况的模拟、场景视角的切换、远程通信、捕捉设备数据收集与人物模型驱动等功能[3]，包括作业模拟仿真软件、人机交互接口软件、模型计算和接口控制软件以及控制模拟软件。

人机交互接口主要负责获取人物动作、手部关节、姿态信息，驱动人物模型并实时渲染场景到相应的显示设备；作业模拟仿真软件负责完成对模拟操作的响应、三维模型的驱动及实际工况的模拟；模型计算和接口控制软件负责完成对作业模拟仿真软件、控制模拟软件发送的数据进行分析、处理，并传递给相应的接收端；……