CN104573230B - 面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及方法 - Google Patents
面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104573230B CN104573230B CN201510004982.6A CN201510004982A CN104573230B CN 104573230 B CN104573230 B CN 104573230B CN 201510004982 A CN201510004982 A CN 201510004982A CN 104573230 B CN104573230 B CN 104573230B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- virtual
- module
- job task
- visual human
- human
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Processing Or Creating Images (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及仿真分析方法。该面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***包括虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块,用于模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态;微重力虚拟环境构建模块,用于负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态;作业任务仿真分析模块,其实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析,以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。
Description
技术领域
本发明涉及制造仿真领域,尤其涉及一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及仿真分析方法。
背景技术
有人参与的空间在轨作业任务是载人航天工程的关键技术之一,包括载人航天器的在轨装配与维修、空间科学实验、空间有效载荷释放或回收、空间救援等。目前航天员在轨作业任务(包括出舱和舱外活动)的训练和验证主要在如中性浮力水槽、失重飞机、舱外活动训练模拟器、气压舱、脱挂试验台、气垫平台等半实物仿真大型模拟设备中进行。这种方法的局限性在于***造价高、应用柔性差、太空微重力环境模拟差异性大等。
虚拟现实技术是指综合利用计算机***和各种特殊的软、硬件来产生一种可以替代现实世界和环境的仿真环境,并具有沉浸感、交互性及实时性的特点。利用虚拟现实技术模拟失重特性下虚拟人肢体姿态和运动,结合沉浸式图形图像、力觉反馈等感官刺激,可为航天员提供逼真的操作体验。基于虚拟现实的微重力环境下虚拟人在轨作业任务仿真分析***既可用于训练,也可用于任务规划和分析。
目前,随着虚拟现实技术的成熟和发展,人们已经开始将虚拟现实技术引入制造仿真领域。如专利“基于航天器装配仿真技术的虚拟装配***和虚拟装配方法”(申请号为200810180605,公开号为101739478)构建了包括CAD建模模块、虚拟装配规划模块、装配工艺设计模块的虚拟装配***,并给出基于航天器装配仿真技术的虚拟装配方法。专利“基于DELMIA环境下的沉浸式虚拟维修仿真***虚拟人控制方法”(申请号为201110442411,公开号为102521464)利用二次开发接口将动作捕捉设备所捕捉的人体动作实时导入专业软件提供的虚拟维修平台的虚拟人上,有效实现真人对虚拟人的控制和功效分析。
上述各类***和方法存在以下问题:
(1)CAD模型的虚拟现实渲染均需以固定的格式导入仿真***,处理过程既耗费时间,又易带来数据的丢失,尤其对于航天器等大型模型;
(2)虚拟现实环境的虚拟人及模型均为纯几何而不具备物理属性,无法构建并生成微重力环境下的运动姿态:无论是Delmia、还是自行开发的仿真软件,其虚拟人的姿态库以及捕获自空间位置跟踪***的真人动作均来自正常重力环境,在缺乏半物理模拟硬件的条件下,无法生成微重力环境的运动姿态;
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及仿真分析方法,以通过通用CAD模型的虚拟现实实时渲染,避免模型转换,实现虚拟数字样机及环境的快速沉浸式交互评估;通过专业软件构建微重力环境并以离线方式生成虚拟人在轨作业姿态,结合运动捕捉***捕捉的实时人体动作,形成微重力环境虚拟人操作仿真模拟;将虚拟人操作导入专业人机功效分析模块,完成姿态分析、疲劳度评估等定量化分析,最终实现面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真及分析。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***,该面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***包括:虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块,用于模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态;微重力虚拟环境构建模块,用于负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态;虚拟人驱动接口模块,用于将所述真实人运动姿态和所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态导入并驱动作业任务仿真分析模块的虚拟人,以实现人机功效仿真分析;作业任务仿真分析模块,其利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和所述微重力虚拟环境构建模块生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析,以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。
本发明还提供了一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法,该面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法包括:步骤1:在虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块中,模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态;步骤2:在微重力虚拟环境构建模块中,负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态;步骤3:在虚拟人驱动接口模块中,将所述真实人运动姿态和所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态导入并驱动作业任务仿真分析模块的虚拟人,以实现人机功效仿真分析;步骤4:在作业任务仿真分析模块中,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和所述微重力虚拟环境构建模块生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析,以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。
本发明提供的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及仿真分析方法同现有技术相比的优点在于:
(1)通过虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块,支持将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,并提供基本交互操作,以辅助实现通用虚拟场景快速构建、空间布局预分析、虚拟数字样机快速评审、基本操作预评估等应用,避免了数据格式转换处理的时间消耗和数据丢失;
(2)针对航天员在轨作业任务的两类工况,分别构造虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和微重力虚拟环境构建模块,覆盖作业任务各类运动姿态模拟仿真,克服了大型半实物模拟仿真硬件***造价高、应用柔性差等缺点,弥补了单纯虚拟仿真软件无法构建微重力环境的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍
图1为本发明的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***的结构框图;
图2为本发明的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法流程图;
图3为图1中的作业任务仿真分析模块的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及仿真分析方法,以通过通用CAD模型的虚拟现实实时渲染,避免模型转换,实现虚拟数字样机及环境的快速沉浸式交互评估;通过专业软件构建微重力环境并以离线方式生成虚拟人在轨作业姿态,结合运动捕捉***捕捉的实时人体动作,形成微重力环境虚拟人操作仿真模拟;将虚拟人操作导入专业人机功效分析模块,并完成姿态分析、疲劳度评估等定量化分析,最终实现面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真及分析。
图1所示为本发明的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***100的结构框图。面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***包括:虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110、微重力虚拟环境构建模块120、虚拟人驱动接口模块130、作业任务仿真分析模块140。
虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110用于模拟采集宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,如身体限定上肢活动、脚限定上肢活动、手限定直体活动,对应实现仪表板操作、开关舱门、辅助交互对接、更换设备等作业任务,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态。虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110包括虚拟现实硬件模块111及虚拟现实实时渲染模块112。
虚拟现实硬件模块111,包括数据头盔(VR 1280)、数据手套(CyberGlove II)、运动捕捉***(例如,ART全身动作捕捉***)、三维空间手柄(交互手柄Flystick)、双通道投影(Christie Mirage DS+10K-M)、硬屏、3D眼镜等。其中,数据头盔为操作者提供通用虚拟场景的第一视角体验,操作者通过数据头套及运动捕捉***为作业任务仿真分析模块提供真实人运动输入;双通道投影、硬屏、3D眼镜为评审者提供第三视角体验,评审者通过三维空间手柄实现通用虚拟场景的空间布局修改等操作。所述虚拟现实硬件模块111为沉浸式虚拟现实环境的创建提供硬件支持,辅助真人实现尽可能接近在轨维修真实情况的各类运动操作,并捕捉人体实时动作,同时,可为通用虚拟场景构建、空间布局分析提供真实体验支撑。
虚拟现实实时渲染模块112,包括多通道展示模块113、视角跟踪导航模块114、交互浏览评估模块115以及虚拟装配模块116。虚拟现实实时渲染模块112,采用基于OpenGL的可视化解决方案法国Techviz软件。多通道展示模块113,可采用Techviz软件中的TechvizXL Basic license基本模块及TechViz XL双通道主动立体节点授权支持将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,将当前虚拟场景进行高分辨率的可视化,同时支持多种虚拟现实显示方案,包括数据头盔、硬屏,其中,数据头盔和硬屏分别提供操作者视角及第三者评审视角。视角跟踪导航模块114,采用Techviz软件中的NavigationOption基本导航模块和Tracking Option高级跟踪模块提供视角跟踪导航功能,通过三维空间手柄、主视角3D眼镜等硬件支撑,实现***视角或虚拟场景的自由导航,并可进行人***置跟踪。交互浏览评估模块115,可采用Techviz软件中的DMU1和DMU2模块提供交互浏览评估功能,用以辅助操作者利用三维空间手柄实现对虚拟场景评估,提供书签功能、测量功能、剖面功能、缩放功能、注释功能、隐藏和显示组件功能、快照功能等。虚拟装配模块116,采用Techviz软件中的虚拟装配模块,允许操作者对虚拟场景中的任一部件进行交互式移动,看到拆装移动过程的碰撞情况并对路径进行记录,为虚拟场景快速布局的预分析、以及装配、拆卸、维修等操作的预评估提供支撑。虚拟现实实时渲染模块112提供基本交互操作,以辅助实现通用虚拟场景快速构建、空间布局预分析、虚拟数字样机快速评审、基本操作预评估等应用。
微重力虚拟环境构建模块120,采用专业动画制作引擎英国Natural Motion公司的Endorphin角色动态生成软件,在此平台上完成微重力虚拟场景构建、物理属性建模、约束关系建模、虚拟人姿态设置、运动操作设计等,最终生成微重力环境下虚拟人运动动画,获取虚拟人运动姿态。微重力虚拟环境构建模块120负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,如横向漂移、单/双曲臂漂移等,对应实现舱内漂移、出舱过程、货物运输、舱外行走等作业任务。微重力虚拟环境构建模块120涉及较大场景的虚拟人运动模拟,获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态。
虚拟人驱动接口模块130由第一虚拟人驱动接口131和第二虚拟人驱动接口132组成。第一虚拟人驱动接口131采用Delmia V5的扩展模块RTID Human(Real-TimeInteraction for Delmia Human),用于支持将运动跟踪***(ART全身动作捕捉***)采集的真实人运动用求解器实时驱动Delmia V5的虚拟人模型。第二虚拟人驱动接口132基于Delmia V5的CAA二次开发模块开发实现,将微重力虚拟环境构建模块120生成的微重力条件下人体运动通过BVH格式导入Delmia并与其虚拟人运动关节绑定,驱动虚拟人模型。第一虚拟人驱动接口131和第二虚拟人驱动接口132分别对应于虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110及微重力虚拟环境构建模块120两类在轨作业运动姿态实现方式,将虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110采集的真实人运动姿态或虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态分别以实时或离线方式导入并驱动作业任务仿真分析模块140的虚拟人,以实现人机功效仿真分析。
作业任务仿真分析模块140,采用达索公司的Delmia V5商业套件,提供通用虚拟场景构建、空间布局分析、操作流程规划、碰撞检测、人机功效分析等功能,为本发明***的核心支撑部分。上述通用虚拟场景构建及空间布局分析在虚拟现实实时渲染模块的支撑下可快速构建符合真实舱内或舱外活动的作业任务场景,操作流程规划及碰撞检测用以辅助规划完整作业任务涉及的所有操作序列,人机功效分析用以评估作业任务虚拟人操作的可行性。人机功效分析的评估方法包括RULA(Rapid Upper Limb Assessment)、NIOSH(National Institute of Occupational Safety and Health)、OWAS(Owako Working-posture Analyzing System)、Snook表等。
航天员实际在轨维修作业任务动作主要包括两种工况:一类是有约束或支撑的运动,比如被座椅或足限制器束缚,手持气动设备,抓住扶手或反推舱壁等;另一类是无约束或支撑的自由态。针对两类工况运动姿态的模拟,分别构造虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110和微重力虚拟环境构建模块120。虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110结合虚拟现实硬件模块111的数据手套和运动捕捉***采集获得真实人运动姿态,通过第一虚拟人驱动接口131以实时的方式导入并驱动作业任务仿真分析模块140的虚拟人,真实人操作过程中的虚拟现实体验通过虚拟现实实时渲染模块112的多通道展示模块113提供。微重力虚拟环境构建模块120的虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态直接通过第二虚拟人驱动接口132以离线的方式导入并驱动作业任务仿真分析模块140的虚拟人。
作业任务仿真分析模块140,利用虚拟现实实时渲染模块112实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,利用虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110和微重力虚拟环境构建模块120生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效分析,最终完成虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。
图2所示为本发明的为面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法流程图200。图2将结合图1进行描述。本领域技术人员可以理解的是,虽然图2中公开了具体的步骤,但是这些步骤仅作为示例用于说明,也就是说,本发明实施例的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法还可以执行多个其它的步骤或执行图2中步骤的变换步骤。具体地,本发明实施例包括如下步骤:
在步骤201中,在虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块中,模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态。具体地,在虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110的虚拟现实硬件模块111中,为沉浸式虚拟现实环境的创建提供硬件支持,辅助真人利用实现尽可能接近在轨真实情况的各类运动操作,并捕捉人体实时动作,同时,为通用虚拟场景构建、空间布局分析、虚拟样机快速评审提供真实体验支撑;在虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110的虚拟现实实时渲染模块112中,支持将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,并提供基本交互操作,以辅助实现通用虚拟场景快速构建、空间布局预分析、虚拟数字样机快速评审、基本操作预评估。进一步地,在虚拟现实实时渲染模块112中,采用Techviz软件中的Techviz XL Basic license基本模块及TechViz XL双通道主动立体节点将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,将当前虚拟场景进行高分辨率的可视化,同时支持多种虚拟现实显示方案,包括数据头盔、硬屏,其中,所述数据头盔和所述硬屏分别提供操作者视角及第三者评审视角;采用Techviz软件中的Navigation Option基本导航模块和Tracking Option高级跟踪模块提供视角跟踪导航功能,通过三维空间手柄、主视角3D眼镜,实现***视角或虚拟场景的自由导航,并可进行人***置跟踪;采用Techviz软件中的DMU1和DMU2模块提供交互浏览评估功能,用以辅助操作者利用三维空间手柄实现对虚拟场景评估,提供书签功能、测量功能、剖面功能、缩放功能、注释功能、隐藏和显示组件功能、快照功能;采用Techviz软件中的虚拟装配模块,允许操作者对虚拟场景中的任一部件进行交互式移动,看到拆装移动过程的碰撞情况并对路径进行记录,为虚拟场景快速布局的预分析、以及装配、拆卸、维修操作的预评估提供支撑。
在步骤202中,在微重力虚拟环境构建模块中,负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态。在微重力虚拟环境构建模块中,还进行微重力虚拟场景构建、物理属性建模、约束关系建模、虚拟人姿态设置、运动操作设计。
在步骤203中,在虚拟人驱动接口模块中,将所述真实人运动姿态和所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态导入并驱动作业任务仿真分析模块的虚拟人,以实现人机功效仿真分析。具体地,虚拟人驱动接口进一步包括:第一虚拟人驱动接口,对应于有约束或支撑的运动工况,将所述真实人运动姿态以实时方式导入并驱动所述作业任务仿真分析模块的虚拟人;第二虚拟人驱动接口,对应于无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动工况,将所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态以离线方式导入并驱动所述作业任务仿真分析模块的虚拟人。
在步骤204中,在作业任务仿真分析模块中,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和所述微重力虚拟环境构建模块生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析,以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。通用虚拟场景构建及空间布局分析在虚拟现实实时渲染模块的支撑下可快速构建符合真实舱内或舱外活动的作业任务场景;操作流程规划及碰撞检测用以辅助规划完整作业任务涉及的所有操作序列。
图3所示为图1中的作业任务仿真分析模块140的工作流程图300。图3将结合图1和图2进行描述。具体地,本发明的作业任务仿真分析模块140包括如下步骤:
在步骤301中,根据作业任务需求构建尽可能符合真实情况的虚拟场景;
在步骤302中,根据作业任务需求对操作空间进行布局,例如,布置操舱内/舱外设备空间;
在步骤303中,通过虚拟现实实时渲染模块112提供的快速虚拟现实体验,对步骤301和302的结果进行预评估,若不符合要求则反复执行步骤301至步骤303;若预评估结果符合要求则执行步骤304;
在步骤304中,根据作业任务需求详细设计全过程涉及的操作动作,完成操作流程的规划;
在步骤305中,根据操作规划结果,对所涉及动作进行类型划分,对于有约束或支撑的运动或局部操作比较复杂的运动,转至步骤306;无约束或支撑的自由态运动或涉及较大场景位置变换的运动,转至步骤307;
在步骤306中,利用虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块110,生成并采集真实人运动姿态,通过第一虚拟人驱动接口131以实时的方式驱动作业任务仿真分析模块140的虚拟人完成此操作的仿真;
在步骤307中,利用微重力虚拟环境构建模块120生成虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态,通过第二虚拟人驱动接口132以离线的方式驱动作业任务仿真分析模块140的虚拟人完成此操作的仿真;
在步骤308中,将操作全流程的所有动作以步骤306和步骤307的方式生成相应的运动姿态并组合成完整的全流程操作序列;
在步骤309中,利用个体化人体功效模型,作业任务仿真分析模块140完成各序列运动姿态的人机功效分析;
在步骤310中,判断运动姿态是否需要优化,如需优化,则反复执行步骤305至步骤310;如不需要优化,则执行步骤311;
在步骤311中,利用综合分析评价模,评估作业任务的全流程规划结果;
在步骤312中,根据作业任务的全流程规划评估结果判断是否需要优化,如需优化,则反复执行步骤301至步骤312,以获得最优结果;如不需要优化,则仿真分析过程结束。
Claims (6)
1.一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***,其特征在于,所述面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***包括:
虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块,用于模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态;
微重力虚拟环境构建模块,用于实现微重力虚拟场景构建、物理属性建模、约束关系建模、虚拟人姿态设置、运动操作设计,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态;
虚拟人驱动接口模块,用于将所述真实人运动姿态和所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态导入并驱动作业任务仿真分析模块的虚拟人,以实现人机功效仿真分析;
作业任务仿真分析模块,其利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和所述微重力虚拟环境构建模块生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析,以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策;其特征在于,所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块进一步包括:
虚拟现实硬件模块,其为沉浸式虚拟现实环境的创建提供硬件支持,辅助真人利用实现尽可能接近在轨真实情况的各类运动操作,并捕捉人体实时动作,同时,为通用虚拟场景构建、空间布局分析、虚拟样机快速评审提供真实体验支撑;
虚拟现实实时渲染模块,用于支持将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,并提供基本交互操作,以辅助实现通用虚拟场景快速构建、空间布局预分析、虚拟数字样机快速评审、基本操作预评估,所述虚拟现实实时渲染模块进一步包括:
多通道展示模块,其采用Techviz软件中的Techviz XL Basic license基本模块及Techviz XL双通道主动立体节点将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,将当前虚拟场景进行高分辨率的可视化,同时支持多种虚拟现实显示方案,包括数据头盔、硬屏,其中,所述数据头盔和所述硬屏分别提供操作者视角及第三者评审视角;
视角跟踪导航模块,其采用Techviz软件中的Navigation Option基本导航模块和Tracking Option高级跟踪模块提供视角跟踪导航功能,通过三维空间手柄、主视角3D眼镜,实现***视角或虚拟场景的自由导航,并可进行人***置跟踪;
交互浏览评估模块,其采用Techviz软件中的DMU1和DMU2模块提供交互浏览评估功能,用以辅助操作者利用三维空间手柄实现对虚拟场景评估,提供书签功能、测量功能、剖面功能、缩放功能、注释功能、隐藏和显示组件功能、快照功能;
虚拟装配模块,其采用Techviz软件中的虚拟装配模块,允许操作者对虚拟场景中的任一部件进行交互式移动,看到拆装移动过程的碰撞情况并对路径进行记录,为虚拟场景快速布局的预分析、以及装配、拆卸、维修操作的预评估提供支撑。
2.根据权利要求1所述的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***,其特征在于,所述虚拟人驱动接口模块进一步包括:
第一虚拟人驱动接口,对应于有约束或支撑的运动工况,将所述真实人运动姿态以实时方式导入并驱动所述作业任务仿真分析模块的虚拟人;
第二虚拟人驱动接口,对应于无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动工况,将所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态以离线方式导入并驱动所述作业任务仿真分析模块的虚拟人。
3.根据权利要求1所述的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***,其特征在于,所述通用虚拟场景构建及空间布局分析在虚拟现实实时渲染模块的支撑下可快速构建符合真实舱内或舱外活动的作业任务场景;操作流程规划及碰撞检测用以辅助规划完整作业任务涉及的所有操作序列。
4.一种面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法,其特征在于,所述面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法包括:
步骤1:在虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块中,模拟宇航员在轨维修操作中较为复杂的动作,从而实现有约束或支撑的运动,进而获取真实人运动姿态;
其中,为沉浸式虚拟现实环境的创建提供硬件支持,辅助真人利用实现尽可能接近在轨真实情况的各类运动操作,并捕捉人体实时动作,同时,为通用虚拟场景构建、空间布局分析、虚拟样机快速评审提供真实体验支撑;
支持将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,并提供基本交互操作,以辅助实现通用虚拟场景快速构建、空间布局预分析、虚拟数字样机快速评审、基本操作预评估,其中采用Techviz软件中的Techviz XL Basic l icense基本模块及TechViz XL双通道主动立体节点将各类CAD场景在不需进行格式转换的情况下实时渲染至虚拟现实,将当前虚拟场景进行高分辨率的可视化,同时支持多种虚拟现实显示方案,包括数据头盔、硬屏,其中,所述数据头盔和所述硬屏分别提供操作者视角及第三者评审视角;
采用Techviz软件中的Navigation Option基本导航模块和Tracking Option高级跟踪模块提供视角跟踪导航功能,通过三维空间手柄、主视角3D眼镜,实现***视角或虚拟场景的自由导航,并可进行人***置跟踪;
采用Techviz软件中的DMU1和DMU2模块提供交互浏览评估功能,用以辅助操作者利用三维空间手柄实现对虚拟场景评估,提供书签功能、测量功能、剖面功能、缩放功能、注释功能、隐藏和显示组件功能、快照功能;
采用Techviz软件中的虚拟装配模块,允许操作者对虚拟场景中的任一部件进行交互式移动,看到拆装移动过程的碰撞情况并对路径进行记录,为虚拟场景快速布局的预分析、以及装配、拆卸、维修操作的预评估提供支撑;
步骤2:在微重力虚拟环境构建模块中,负责实现无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动,从而获取虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态;
在微重力虚拟环境构建模块中,进行微重力虚拟场景构建、物理属性建模、约束关系建模、虚拟人姿态设置、运动操作设计
步骤3:在虚拟人驱动接口模块中,将所述真实人运动姿态和所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态导入并驱动作业任务仿真分析模块的虚拟人,以实现人机功效仿真分析;
步骤4:在作业任务仿真分析模块中,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块实现通用虚拟场景、空间布局的快速构建和预分析,利用所述虚拟现实实时渲染及运动数据采集模块和所述微重力虚拟环境构建模块生成作业任务操作流程所需各类动作,并进行虚拟人动作的人机功效仿真分析,以实现虚拟人作业任务规划的反馈优化或可行性决策。
5.根据权利要求4所述的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法,其特征在于,所述虚拟人驱动接口模块进一步包括:
第一虚拟人驱动接口,对应于有约束或支撑的运动工况,将所述真实人运动姿态以实时方式导入并驱动所述作业任务仿真分析模块的虚拟人;
第二虚拟人驱动接口,对应于无约束或支撑的自由态运动或需全身协调的位置转移类运动工况,将所述虚拟微重力环境下虚拟人运动姿态以离线方式导入并驱动所述作业任务仿真分析模块的虚拟人。
6.根据权利要求4所述的面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析方法,其特征在于,步骤4中的通用虚拟场景构建及空间布局分析在虚拟现实实时渲染模块的支撑下可快速构建符合真实舱内或舱外活动的作业任务场景;操作流程规划及碰撞检测用以辅助规划完整作业任务涉及的所有操作序列。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510004982.6A CN104573230B (zh) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510004982.6A CN104573230B (zh) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104573230A CN104573230A (zh) | 2015-04-29 |
CN104573230B true CN104573230B (zh) | 2018-05-18 |
Family
ID=53089284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510004982.6A Active CN104573230B (zh) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104573230B (zh) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104916182B (zh) * | 2015-05-27 | 2017-07-28 | 北京宇航***工程研究所 | 一种沉浸式虚拟现实维修与培训仿真*** |
US10043311B2 (en) * | 2015-09-16 | 2018-08-07 | The Boeing Company | Immersive design management system |
WO2017120768A1 (zh) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 深圳多哚新技术有限责任公司 | 一种基于vr眼镜手持终端的散热装置、手持终端及vr眼镜 |
CN106652721B (zh) * | 2016-10-21 | 2019-01-01 | 中国民航大学 | 一种飞机维修虚拟训练***及方法 |
CN106354043A (zh) * | 2016-11-05 | 2017-01-25 | 杭州畅动智能科技有限公司 | 一种设备的控制*** |
CN106709164A (zh) * | 2016-12-07 | 2017-05-24 | 中国直升机设计研究所 | 一种基于沉浸式虚拟仿真的维修性动态评估方法 |
CN106774949A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-05-31 | 北京神州四达科技有限公司 | 协同仿真交互方法、装置和*** |
CN107092357B (zh) * | 2017-04-21 | 2021-05-28 | 厦门中智信***集成有限公司 | 基于虚拟现实的全息实境建筑设备管理*** |
CN107256654A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-17 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种引导式应急撤离虚拟训练*** |
CN107464465A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-12-12 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种主动式应急撤离虚拟训练*** |
CN108334697B (zh) * | 2017-09-28 | 2022-10-11 | 广西东方道迩科技有限公司 | 用于评估三维重建软件的仿真实验方法 |
CN108363491B (zh) * | 2018-03-02 | 2019-03-26 | 北京空间技术研制试验中心 | 航天器在轨维修地面虚拟验证***及方法 |
CN108629121B (zh) * | 2018-05-08 | 2022-04-01 | 山东师范大学 | 基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法和*** |
CN109801709B (zh) * | 2018-12-04 | 2022-11-18 | 广西峰和云启文化投资有限公司 | 一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的*** |
CN112305935B (zh) * | 2019-07-31 | 2022-11-08 | 沈阳工业大学 | 一种基于半实物仿真与数字仿真的盾构机换刀过程仿真方法 |
CN111598273B (zh) * | 2020-07-20 | 2020-10-20 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于vr技术的环控生保***维修性检测方法及装置 |
CN112329246A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-05 | 上海精密计量测试研究所 | 空间站太阳电池阵维修性设计虚拟验证方法及*** |
CN113269448A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-17 | 北京理工大学 | 虚拟现实环境中人机工效的可装配性评价***及方法 |
CN114280997B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-05-24 | 东北电力大学 | 一种微重力环境模拟作业训练***及其控制方法 |
CN114417618A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-04-29 | 北京理工大学 | 虚拟现实辅助的装配复杂度评价*** |
CN115180190B (zh) * | 2022-08-24 | 2023-04-07 | 北京卫星环境工程研究所 | 航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟***及实验方法 |
CN115390677B (zh) * | 2022-10-27 | 2023-04-07 | 江苏中车数字科技有限公司 | 一种基于虚拟现实的装配仿真人机工效评价***及方法 |
CN115861496A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-03-28 | 南方电网储能股份有限公司 | 基于动捕***的电力场景虚拟人体驱动方法及装置 |
CN116300517B (zh) * | 2022-12-26 | 2023-11-24 | 北京卫星环境工程研究所 | 面向航天器在轨运行任务的多人协同推演仿真平台及方法 |
-
2015
- 2015-01-06 CN CN201510004982.6A patent/CN104573230B/zh active Active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
人在虚拟载人航天器虚拟乘员舱内环境中作业特性的仿真研究;周前祥等;《***仿真学报》;20050131;第17卷(第1期);第69-71页 * |
基于虚拟现实的灾难救援机器人实时感知与判定***研究;王明辉等;《仪器仪表学报》;20110630;第32卷(第6期);第331-335页 * |
载人航天器虚拟维修环境的设计与实现;李伟等;《航天器环境工程》;20140228;第31卷(第1期);引言、第2.5、3.2-3.3节 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104573230A (zh) | 2015-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104573230B (zh) | 面向航天器维修的虚拟人作业任务仿真分析***及方法 | |
Shukla et al. | Virtual manufacturing: an overview | |
Seth et al. | SHARP: a system for haptic assembly and realistic prototyping | |
Stone et al. | Evolution of aerospace simulation: From immersive Virtual Reality to serious games | |
Rebbani et al. | Definitions and applications of augmented/virtual reality: A survey | |
CN101398866A (zh) | 飞行器视景仿真*** | |
CN106142083A (zh) | 高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法 | |
Abshire et al. | Virtual maintenance real-world applications within virtual environments | |
Dai et al. | Virtual prototyping: An approach using VR-techniques | |
Sagardia et al. | A platform for bimanual virtual assembly training with haptic feedback in large multi-object environments | |
Kumar et al. | A virtual RV-M1 robot system | |
Wolff et al. | A modular architecture for an interactive real-time simulation and training environment for satellite on-orbit servicing | |
CN105677021A (zh) | 一种基于ar***与vr***融合的新手法并将之运用于遗迹的重现中 | |
Pirker | The potential of virtual reality for aerospace applications | |
Lok | Toward the merging of real and virtual spaces | |
CN112380735A (zh) | 一种座舱工程虚拟评估装置 | |
Bejczy et al. | Toward integrated operator interface for advanced teleoperation under time-delay | |
Keller et al. | Use of virtual reality for optimizing the life cycle of a fusion component | |
Rossmann et al. | The virtual testbed: Latest virtual reality technologies for space robotic applications | |
CN108363491B (zh) | 航天器在轨维修地面虚拟验证***及方法 | |
Chryssolouris et al. | A hybrid approach to the verification and analysis of assembly and maintenance processes using Virtual Reality and Digital Mannequin technologies | |
Green et al. | Digital human modeling in aerospace | |
CN112329246A (zh) | 空间站太阳电池阵维修性设计虚拟验证方法及*** | |
Cichon et al. | Simulation-based control and simulation-based support in erobotics applications | |
Li et al. | An effective construction method of modular manipulator 3D virtual simulation platform |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |