CN109670249A - 一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法。包括：在维修仿真软件中搭建维修虚拟环境；根据维修部件和环境部件的位置数据，确定维修部件未被自身遮挡且未被环境部件遮挡的特征点；采用最佳直接视野范围模型、最佳眼动视野范围模型、最大直接视野范围模型和最大眼动视野范围模型确定未被遮挡特征点的第一视觉可达性评分；基于视距确定未被遮挡特征点的第二视觉可达性评分；基于光照强度确定未被遮挡特征点的第三视觉可达性评分；根据第一、第二和第三视觉可达性评分确定维修部件的视觉可达性综合评分；根据维修部件的视觉可达性综合评分确定是否对样机设计进行调整。本发明为机械的维修性设计提供客观、定量、全面参考依据。
Description
技术领域
本发明涉及人机工程中人视觉可达性分析的技术领域，特别是涉及一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法。
背景技术
当前，随着大型装备的自动化水平和智能化程度越来越高，装备的发展方向向着高度集成化发展，维修难度反而越来越大。为保证装备具有较好的使用可靠性和较低的全寿命周期费用，维修性设计与验证已成为装备设计过程中必不可少的研究领域。维修性验证是产品维修性设计的重要一环。产品维修性的定性定量设计是否满足要求，都要通过维修性验证来进行检验。目前，随着计算机仿真技术和虚拟现实技术的飞速发展和广泛应用，基于虚拟现实技术的虚拟维修仿真技术也成为了当前的研究热点。虚拟现实技术在维修性领域的深入应用，使得维修性设计工作可以和装备总体设计工作并行的开展，极大的提高了维修性设计工作的效率。虚拟维修环境下，通过建立一个包含维修人员、维修工具、装备三维数字样机、维修过程等一切维修要素的虚拟空间对装备的维修过程进行仿真，提前发现装备维修性设计方面的不足，将有关产品维修性方面的潜在问题在设计阶段的早期就予以解决。目前，对于视觉可达性虚拟维修技术发展还不成熟，传统的方法仍然具有一定的局限性，基于虚拟维修技术的维修性评价工作仍然以定性评价为主，需要维修人员进行主观定性的判断和专家意见的辅助等问题，无法给出客观数据支撑评价结果。虚拟维修中的可视性缺乏客观、定量、全面的自动化评价方法。因此本方法提的是一种虚拟环境下的视觉可达性自动化评价与分析方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，为机械的维修性设计提供客观、定量、全面参考依据。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，包括：
在维修仿真软件中搭建维修虚拟环境，所述维修虚拟环境包括虚拟人、虚拟样机、维修部件和环境部件；
根据维修部件和环境部件的位置数据，确定所述维修部件未被自身遮挡且未被环境部件遮挡的特征点，记为未被遮挡特征点；
采用最佳直接视野范围模型、最佳眼动视野范围模型、最大直接视野范围模型和最大眼动视野范围模型确定所述未被遮挡特征点基于视锥的第一视觉可达性评分；
基于视距确定所述未被遮挡特征点的第二视觉可达性评分；
基于光照强度确定所述未被遮挡特征点的第三视觉可达性评分；
根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分；
根据所述维修部件的视觉可达性综合评分确定是否对样机设计进行调整。
可选的，所述根据维修部件和环境部件的位置数据，确定所述维修部件未被自身遮挡且未被环境部件遮挡的特征点，具体包括：
获取维修部件的特征点；
根据维修部件的特征点构建维修部件的AABB包围盒；
确定视点位置；
根据所述维修部件的特征点位置和所述视点位置构建视线参数方程；
基于视线参数方程，利用视线干涉检测算法逐点检测所述维修部件的特征点是否被维修部件的AABB包围盒遮挡，并将未被维修部件的AABB包围盒遮挡的特征点记为第一特征点；
获取环境部件的特征点；
根据环境部件的特征点构建环境部件的AABB包围盒；
基于所述视线参数方程，利用视线干涉检测算法逐点检测所述第一特征点是否被环境部件的AABB包围盒遮挡，并将未被环境部件的AABB包围盒遮挡的第一特征点确定为未被遮挡特征点。
可选的，在所述利用视线干涉检测算法逐点检测所述第一特征点是否被环境部件的AABB包围盒遮挡之后，还包括：
判断所述维修部件的特征点是否存在被环境部件遮挡的特征点；
如果是，则调整虚拟人的头部位置，重新确定视点，跳转至所述确定视点位置步骤；
如果否，则执行确定第一视觉可达性评分步骤。
可选的，所述根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分，具体包括：
根据计算所述维修部件的视觉可达性综合评分Sc，其中，m表示所述未被遮挡特征点的个数，n表示未被自身遮挡的特征点个数，S1表示第一视觉可达性评分，S2表示第二视觉可达性评分，S3表示第三视觉可达性评分。
可选的，所述根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分，具体包括：
根据计算调整虚拟人头部位置后，所述维修部件的视觉可达性综合评分Sca，其中，m表示调整虚拟人头部位置后所述未被遮挡特征点的个数，n表示调整虚拟人头部位置后未被自身遮挡的特征点个数，S1表示调整虚拟人头部位置后的第一视觉可达性评分，S2表示调整虚拟人头部位置后的第二视觉可达性评分，S3表示调整虚拟人头部位置后的第三视觉可达性评分，m11表示将头部向上调整6度后重新检测未被自身和环境部件遮挡的维修部件特征点个数，m12表示将头部向下调整6度后重新检测未被自身和环境部件遮挡的维修部件特征点个数，S11、S12分别表示将头部向上调整6度后的第一视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第一视觉可达性评分，S21、S22分别表示将头部向上调整6度后的第二视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第二视觉可达性评分，S31、S32表示将头部向上调整6度后的第三视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第三视觉可达性评分。
可选的，所述根据所述维修部件的视觉可达性综合评分确定是否对样机设计进行调整，具体包括：
判断所述维修部件的视觉可达性综合评分是否小于设定阈值；
如果是，则需要对所述维修部件的设计进行调整；
如果否，则无需对所述维修部件的设计进行调整。
可选的，所述环境部件为维修路径周边的环境部件。
可选的，所述维修仿真软件为DELMIA软件。
可选的，所述最佳直接视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且锥角为30度的锥体空间；最佳眼动视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且锥角为60度的锥体空间；最大直接视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且水平平面为-60度到60度，竖直平面为15度到-75度的椭圆锥体空间；最大眼动视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且水平平面为-60度到60度，竖直平面为25度到-85度的椭圆锥体空间。
可选的，所述维修部件的特征点在最佳直接视野范围的评分为1，在最佳眼动视野范围的评分为0.7，在最大直接视野范围的评分为0.4，在最大眼动视野范围的评分为0.2，所述设定阈值为0.7。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，采用视线干涉检测算法分析了维修部件的视觉遮挡，并确定了维修部件基于视锥、基于视距和基于光照强度的视觉可达性模型，并根据基于视锥、基于视距和基于光照强度的视觉可达性模型确定了维修部件的视觉可达性综合评价模型，实现了对机械部件维修视觉可达性的全面、客观、定量的分析，有效提高了维修性设计的水平和效率，而且，视觉可达性综合评价模型中将光照强度及环境部件视觉遮挡比例作为系数，将视锥与视距作为评分标准，相比传统的评价体系，更科学、更符合实际维修工况。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于维修视觉可达性的机械设计调整方法流程示意图；
图2为本发明实施例最佳直接视野范围模型视野范围示意图；
图3为本发明实施例最佳眼动视野范围模型视野范围示意图；
图4为本发明实施例最大直接视野范围模型视野范围示意图；
图5为本发明实施例最大眼动视野范围模型视野范围示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，为机械的维修性设计提供客观、定量、全面参考依据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于维修视觉可达性的机械设计调整方法流程示意图，如图1所示，本发明提供的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法步骤具体如下：
步骤101：在维修仿真软件中搭建维修虚拟环境，所述维修虚拟环境包括虚拟人、虚拟样机、维修部件和环境部件；
步骤102：根据维修部件和环境部件的位置数据，确定所述维修部件未被自身遮挡且未被环境部件遮挡的特征点，记为未被遮挡特征点；
步骤103：采用最佳直接视野范围模型、最佳眼动视野范围模型、最大直接视野范围模型和最大眼动视野范围模型确定所述未被遮挡特征点基于视锥的第一视觉可达性评分；
步骤104：基于视距确定所述未被遮挡特征点的第二视觉可达性评分；
步骤105：基于光照强度确定所述未被遮挡特征点的第三视觉可达性评分；
步骤106：根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分；
步骤107：根据所述维修部件的视觉可达性综合评分确定是否对样机设计进行调整。
其中，步骤101具体包括：
计算机DELMIA软件中搭建虚拟环境并获取虚拟人数据、虚拟样机数据、维修部件和环境部件数据；
该步骤主要是首先在计算机DELMIA软件中搭建虚拟环境，将虚拟人，虚拟样机，维修部件和环境部件加载入DELMIA软件中的虚拟环境中，随后调整维修人员的维修站位、维修工具的位置等使其符合实际维修工况。随后利用DELMIA接口函数采集虚拟环境中的虚拟人数据、虚拟样机数据、维修部件和环境部件数据。
步骤102具体包括：利用计算机VB软件对DELMIA软件进行二次开发，对虚拟环境中维修部件模型和维修路径周边的环境部件模型提取特征点数据并依次存储在集合FA，集合FB中。
根据上述数据建立基于特征点的维修部件自身部件视觉遮挡评价***并进行视线干涉检测。首先根据维修部件特征点构造维修部件的AABB包围盒，AABB轴向包围盒是通过计算模型的特征点集合FA中的x坐标、y坐标和z坐标最大xmax、ymax、zmax坐标和最小xmin、ymin、zmin坐标来进行构造的，其次根据当前视点位置与维修部件的特征点构建视线参数方程，视线的参数方程是以(x0,y0,z0)为视线的起点坐标，通过特征点坐标和视点坐标计算视线的方向向量(xd,yd,zd)且满足公式(1)。
因此视线的参数方程表示为公式(2)，其中t＞0，
随后利用视线干涉检测算法依次逐点检测集合FA中特征点是否遮挡视线并将未被自身遮挡的维修部件特征点储存在集合FC中，将集合FC中的特征点个数储存在数集n中。视线干涉检测是指从维修部件特征点集合FA中每次取出一个可见特征点，构造检测形如公式(2)的视线PQi，将其代入公式(3)中的平面P(A，B，C，D为平面参数)方程，从而可以求解得到参数t，若t<0，说明相应的交点不在光线上，交点无效；若t＝∞，视线与该平面平行，不相交；否则，把t值代入公式(2)，可以得到交点的坐标(xi,yi,zi)，之后继续判断交点是否在包围盒表面。虽然视线与包围盒平面存在交点，但并不一定是视线与包围盒表面的交点，即Xi未必落在包围盒表面矩形的空间范围内。判断交点是否在轴向包围盒中是将该顶点坐标的xi,yi,zi值分别与最大坐标xmax,ymax,zmax和最小坐标xmin,ymin,zmin比较，如果满足公式(4)，则该交点在包围盒中，则说明部件遮挡了该特征点。将特征点逐点检测，将未被自身部件遮挡的特征点放入集合FC中，并将集合FC中的特征点个数存入数集n中。
Ax+By+Cz+D＝0 (3)
xmin＜xi＜xmax、ymin＜yi＜ymax、zmin＜zi＜zmax (4)
根据上述数据建立基于特征点的维修部件自身部件视觉遮挡评价***并进行视线干涉检测。首先根据环境部件特征点构造环境部件的AABB包围盒，其次根据当前视点位置与维修部件的特征点构建视线参数方程，随后同理使用视线干涉检测算法依次逐点检测集合FC中特征点是否遮挡视线并将未被环境部件遮挡的维修部件特征点重新储存在集合FC中，将被环境部件遮挡的维修部件特征点储存在集合FD中，将重新储存的特征点个数存入在数集m中。
即步骤102包括以下步骤：
步骤1021：获取维修部件的特征点；
步骤1022：根据维修部件的特征点构建维修部件的AABB包围盒；
步骤1023：确定视点位置；
步骤1024：根据所述维修部件的特征点位置和所述视点位置构建视线参数方程；
步骤1025：基于视线参数方程，利用视线干涉检测算法逐点检测所述维修部件的特征点是否被维修部件的AABB包围盒遮挡，并将未被维修部件的AABB包围盒遮挡的特征点记为第一特征点；
步骤1026：获取环境部件的特征点；
步骤1027：根据环境部件的特征点构建环境部件的AABB包围盒；
步骤1028：基于所述视线参数方程，利用视线干涉检测算法逐点检测所述第一特征点是否被环境部件的AABB包围盒遮挡，并将未被环境部件的AABB包围盒遮挡的第一特征点确定为未被遮挡特征点；
作为一个优选的方案，步骤102还包括：步骤1029：判断所述维修部件的特征点是否存在被环境部件遮挡的特征点；
如果是，则调整虚拟人的头部位置，重新确定视点，跳转至步骤1023；
如果否，则执行步骤103。
当维修部件存在被环境部件遮挡的特征点时在虚拟环境中调整头部姿态并重新检测，否则跳转至步骤103。结合维修人员在实际操作中头部调整的舒适范围在6度到-6度，首先在虚拟环境中将虚拟人的头部向上调整6度，将上述获得的特征点集合FD代入步骤四重新检测并获得集合FC1，FD1，数集m11。随后将集合FC1中的特征点代入步骤103，104，105并以此获得分数S11，S21，S31。同理将虚拟环境中将虚拟人的头部向下调整6度并重复上述操作获得集合FC2，数集m12，分数S12，S22，S32。
步骤103：对上述获得到的集合FD中的特征点进行基于视锥的视觉可达性评价。首先根据人机工效学视觉部分相关准则构造不同视锥范围评价模型，分别依次建立最佳直接视野范围模型，最佳眼动视野范围模型，最大直接视野范围模型和最大眼动视野范围模型。最佳眼动视野范围模型、最大直接视野范围模型和最大眼动视野范围模型的视野范围图如图2-图5所示。
表1各视野范围模型评分汇总表
最佳直接视野范围在指当人眼可以直接并且清楚的看到操作对象。最佳视野范围是指法线为水平线下倾角为30度的直线，且锥角为30度的空间锥体。以两只眼睛的中心视点为坐标原点O，视野的垂直方向为x轴，视野的水平方向为y轴，法线为z轴。在圆锥坐标系O中，为最佳直接视野模型的数学模型建立参数方程(5)。因此当维修部件特征点处于最佳直接视野范围内时，基于视锥的视觉可达性分数为1。
[x0,y0,z0]T＝[0.2679usinv,0.2679ucosv,u]T (5)
U表示视线的长度，v是连接可见圆锥上的点与视点和Y轴之间的线之间的夹角。
最佳眼动视野范围是指通过眼睛的转动可以清楚的看到操作对象。最佳眼动最佳视野范围是指法线为水平线下倾角为30度的直线，且锥角为60度的空间锥体。以两只眼睛的中心视点为坐标原点O，视野的垂直方向为x轴，视野的水平方向为y轴，法线为z轴。在圆锥坐标系O中，为最佳直接视野模型的数学模型建立参数方程(6)。因此当维修部件特征点处于最佳眼动视野范围内时，基于视锥的视觉可达性分数为0.7。
[x0,y0,z0]T＝[0.4663usinv,0.4663ucosv,u]T (6)
U表示视线的长度，v是连接可见圆锥上的点与视点和Y轴之间的线之间的夹角。
最大直接视野范围是指通过眼睛的转动可以清楚的看到操作对象。最佳眼动最佳视野范围是指法线为水平线下倾角为30度的直线，且水平平面为-60度到60度，竖直平面为15度到-75度的椭圆锥体。以两只眼睛的中心视点为坐标原点O，视野的垂直方向为x轴，视野的水平方向为y轴，法线为z轴。在圆锥坐标系O中，为最佳直接视野模型的数学模型建立参数方程(7)。因此当维修部件特征点处于最佳眼动视野范围内时，基于视锥的视觉可达性分数为0.4。
[x0,y0,z0]T＝[1.732usinv,ucosv,u]T (7)
U表示视线的长度，v是连接可见圆锥上的点与视点和Y轴之间的线之间的夹角。
最大眼动视野范围是指通过眼睛的转动可以清楚的看到操作对象。最佳眼动最佳视野范围是指法线为水平线下倾角为30度的直线，且水平平面为-60度到60度，竖直平面为25度到-85度的椭圆锥体。以两只眼睛的中心视点为坐标原点O，视野的垂直方向为x轴，视野的水平方向为y轴，法线为z轴。在圆锥坐标系O中，为最佳直接视野模型的数学模型建立参数方程(8)。因此当维修部件特征点处于最佳眼动视野范围内时，基于视锥的视觉可达性分数为0.2
[x0,y0,z0]T＝[1.732usinv,1.428ucosv,u]T (8)
u表示视线的长度，v是连接可见圆锥上的点与视点和Y轴之间的线之间的夹角。
随后由于虚拟维修环境中的数据信息是基于整个虚拟环境世界坐标系，然而虚拟人可视锥数学模型是建立在可视锥坐标系中，因此需要利用齐次变换矩阵T将虚拟维修环境坐标系A转换成可视锥坐标系O。其中齐次变换矩阵T由公式(9)得到。
T＝R(B)×R(O) (9)
其R(B)由公式(10)得到，表示可视锥坐标系O和维修人员坐标系B的位移变换矩阵。
其中，Rx(θ)表示坐标系A相对于坐标系B绕着轴旋转θ度角，Ry(φ)表示坐标系A相对于坐标系B绕着轴旋转φ度角，表示坐标系A相对于坐标系B绕着轴旋转度角，T表示坐标系A的原点在坐标系B下的偏移矩阵。同理求得维修人员坐标系B到可视锥坐标系O的坐标变换矩阵R(O)，从而可以得到虚拟环境坐标系到可视锥坐标系的坐标变换矩阵T。利用变换矩阵将上述获得到的集合FD中的特征点变化到可视锥坐标系中，并依次判断其位置位于哪个视野范围内，并记录其得分情况。若特征点不位于上述任何一个视野范围，记录其得分为零。
步骤104：对上述获得到的集合FD中的特征点进行基于视距的视觉可达性评价并计算求的基于视距的视觉可达性评价分数平均分S1。首先根据不同维修工作对视距的不同要求，建立不同维修工作的视距评价模型，视距模型汇总如表2所示。其次根据上述得到的集合FD中的特征点(xs,ys,zs)与视点坐标(x1,y1,z1)，利用距离公式(11)计算求得视距d并获取评分。
表2不同维修操作视距模型评分汇总表
步骤105：对上述获得到的集合FD中的特征点进行基于光照强度的视觉可达性评价。首先根据不同维修工作对光照强度的不同要求，建立不同维修工作的光照强度评价模型，光照强度模型汇总如表3所示。其次根据虚拟环境情况输入环境光照强度并获取评分。
表3不同维修操作光照强度模型评分汇总表
步骤106具体包括：
根据计算所述维修部件的视觉可达性综合评分Sc，其中，m表示所述未被遮挡特征点的个数，n表示未被自身遮挡的特征点个数，S1表示第一视觉可达性评分，S2表示第二视觉可达性评分，S3表示第三视觉可达性评分。
根据计算调整虚拟人头部位置后，所述维修部件的视觉可达性综合评分Sca，其中，m表示调整虚拟人头部位置后所述未被遮挡特征点的个数，n表示调整虚拟人头部位置后未被自身遮挡的特征点个数，S1表示调整虚拟人头部位置后的第一视觉可达性评分，S2表示调整虚拟人头部位置后的第二视觉可达性评分，S3表示调整虚拟人头部位置后的第三视觉可达性评分，m11表示将头部向上调整6度后重新检测未被自身和环境部件遮挡的维修部件特征点个数，m12表示将头部向下调整6度后重新检测未被自身和环境部件遮挡的维修部件特征点个数，S11、S12分别表示将头部向上调整6度后的第一视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第一视觉可达性评分，S21、S22分别表示将头部向上调整6度后的第二视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第二视觉可达性评分，S31、S32表示将头部向上调整6度后的第三视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第三视觉可达性评分。
步骤107具体包括：
判断所述维修部件的视觉可达性综合评分是否小于设定阈值；
如果是，则需要对所述维修部件的设计进行调整；
如果否，则无需对所述维修部件的设计进行调整。
结合维修操作对视觉可达性的需求，建立视觉可达性反馈模型将结果反馈给设计人员。其中维修操作视觉可达性综合评价表如表4所示。当视觉可达性分数小于0.7时，维修操作设计对视觉可达性造成较小影响，产品设计需要适当修改。当视觉可达性分数小于0.4时，维修操作设计对视觉可达性造成较大影响，产品设计需要详尽修改并重新检测保证视觉可达性分数大于0.7。
表4维修操作视觉可达性综合评价表
本发明有以下效果：
(1)在分析实际维修操作与设计准则后，在当前单一使用视锥进行视觉可达性评价的方法的基础上，引入视觉遮挡，视锥，视距，光照强度等评价指标，弥补了当前视觉可达性评价领域缺乏客观，科学的评价体系的空白。
(2)在引入视觉遮挡，视锥，视距，光照强度等评价指标后，结合人机工效学和维修性领域的准则，重新定义了不同评价指标的评分准则。将人机工效学和维修性领域结合所制定的视觉可达性评价准则比传统以维修性准则为基础制定的视觉可达性准则更符合实际维修操作工况。
(3)将视觉遮挡分为被自身部件遮挡和环境部件遮挡两种情况，并针建立基于特征点的视线干涉检测***对分别特征点检测，使其比传统只考虑环境部件视觉遮挡的单因素情况更符合实际维修工况，降低误差。根据人机工效学准则选取了不同维修工作视野范围模型作为视觉可达性不同评分模型。
(4)根据人机工效学原理选取最佳直接视野范围模型，最佳眼动视野范围模型，最大直街视野范围模型，最大眼动视野范围模型作为视觉可达性评分模型。本方法根据人机工效学原理选取的模型并建立了视锥参数化的评分准则实现了视觉可达性参数化评价。
(5)根据人机工效学准则选取了不同维修工作视距准则作为视觉可达性评分模型。根据人机工效学原理建立了视觉可达性中维修工作视距评分模型。本方法根据人机工效学原理选取的模型并建立了视距参数化的评分准则实现了视觉可达性参数化评价。
(6)根据人机工效学准则选取了不同维修工作光照强度准则作为视觉可达性评分模型。在步骤7中根据人机工效学原理建立了视觉可达性中维修工作光照强度评分模型。本方法根据人机工效学原理选取的模型并建立了光照强度参数化的评分准则实现了视觉可达性参数化评价。
(7)根据人机工效学准则选取了不同维修工作光照强度准则作为视觉可达性评分模型；根据人机工效学原理建立了视觉可达性中维修工作光照强度评分模型；根据人机工效学原理选取的模型并建立了光照强度参数化的评分准则实现了视觉可达性参数化评价。
(8)本发明考虑维修人员在实际操作时身体姿态是不受约束的，因此，设立了重新检测方法。结合人体舒适时竖直平面头部的移动角度是6度到-6度，在虚拟环境中移动头部并重新检测，对视觉可达性综合评价结果进行修正，使更符合实际维修工况。
(9)本发明在分析了视觉遮挡，视锥，视距，光照强度等指标的重要度和相互关系后建立的视觉可达性综合评价模型。视觉可达性综合评价模型将光照强度及环境部件视觉遮挡比例作为系数，将视锥与视距作为评分标准比传统的评价体系更科学，更符合实际维修工况。
(10)本发明实现了视觉可达性自动化评价，与现有虚拟环境下视觉可达性分析评价方法需要维修人员进行主观定性的判断和专家意见辅助的现况相比，帮助设计人员实现客观的，自动化视觉可达性参数化评价，有效降低设计人员工作时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，包括：
在维修仿真软件中搭建维修虚拟环境，所述维修虚拟环境包括虚拟人、虚拟样机、维修部件和环境部件；
根据维修部件和环境部件的位置数据，确定所述维修部件未被自身遮挡且未被环境部件遮挡的特征点，记为未被遮挡特征点；
采用最佳直接视野范围模型、最佳眼动视野范围模型、最大直接视野范围模型和最大眼动视野范围模型确定所述未被遮挡特征点基于视锥的第一视觉可达性评分；
基于视距确定所述未被遮挡特征点的第二视觉可达性评分；
基于光照强度确定所述未被遮挡特征点的第三视觉可达性评分；
根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分；
根据所述维修部件的视觉可达性综合评分确定是否对样机设计进行调整。
2.根据权利要求1所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述根据维修部件和环境部件的位置数据，确定所述维修部件未被自身遮挡且未被环境部件遮挡的特征点，具体包括：
获取维修部件的特征点；
根据维修部件的特征点构建维修部件的AABB包围盒；
确定视点位置；
根据所述维修部件的特征点位置和所述视点位置构建视线参数方程；
基于视线参数方程，利用视线干涉检测算法逐点检测所述维修部件的特征点是否被维修部件的AABB包围盒遮挡，并将未被维修部件的AABB包围盒遮挡的特征点记为第一特征点；
获取环境部件的特征点；
根据环境部件的特征点构建环境部件的AABB包围盒；
基于所述视线参数方程，利用视线干涉检测算法逐点检测所述第一特征点是否被环境部件的AABB包围盒遮挡，并将未被环境部件的AABB包围盒遮挡的第一特征点确定为未被遮挡特征点。
3.根据权利要求2所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，在所述利用视线干涉检测算法逐点检测所述第一特征点是否被环境部件的AABB包围盒遮挡之后，还包括：
判断所述维修部件的特征点是否存在被环境部件遮挡的特征点；
如果是，则调整虚拟人的头部位置，重新确定视点，跳转至所述确定视点位置步骤；
如果否，则执行确定第一视觉可达性评分步骤。
4.根据权利要求2所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分，具体包括：
根据计算所述维修部件的视觉可达性综合评分Sc，其中，m表示所述未被遮挡特征点的个数，n表示未被自身遮挡的特征点个数，S1表示第一视觉可达性评分，S2表示第二视觉可达性评分，S3表示第三视觉可达性评分。
5.根据权利要求3所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述根据第一视觉可达性评分、第二视觉可达性评分和第三视觉可达性评分确定所述维修部件的视觉可达性综合评分，具体包括：
根据计算调整虚拟人头部位置后，所述维修部件的视觉可达性综合评分Sca，其中，m表示调整虚拟人头部位置后所述未被遮挡特征点的个数，n表示调整虚拟人头部位置后未被自身遮挡的特征点个数，S1表示调整虚拟人头部位置后的第一视觉可达性评分，S2表示调整虚拟人头部位置后的第二视觉可达性评分，S3表示调整虚拟人头部位置后的第三视觉可达性评分，m11表示将头部向上调整6度后重新检测未被自身和环境部件遮挡的维修部件特征点个数，m12表示将头部向下调整6度后重新检测未被自身和环境部件遮挡的维修部件特征点个数，S11、S12分别表示将头部向上调整6度后的第一视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第一视觉可达性评分，S21、S22分别表示将头部向上调整6度后的第二视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第二视觉可达性评分，S31、S32表示将头部向上调整6度后的第三视觉可达性评分和将头部向下调整6度后的第三视觉可达性评分。
6.根据权利要求4或5所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述根据所述维修部件的视觉可达性综合评分确定是否对样机设计进行调整，具体包括：
判断所述维修部件的视觉可达性综合评分是否小于设定阈值；
如果是，则需要对所述维修部件的设计进行调整；
如果否，则无需对所述维修部件的设计进行调整。
7.根据权利要求1所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述环境部件为维修路径周边的环境部件。
8.根据权利要求1所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述维修仿真软件为DELMIA软件。
9.根据权利要求1所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述最佳直接视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且锥角为30度的锥体空间；最佳眼动视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且锥角为60度的锥体空间；最大直接视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且水平平面为-60度到60度，竖直平面为15度到-75度的椭圆锥体空间；最大眼动视野范围模型确定的视锥范围为法线为水平线下倾角为30度的直线，且水平平面为-60度到60度，竖直平面为25度到-85度的椭圆锥体空间。
10.根据权利要求6所述的基于维修视觉可达性的机械设计调整方法，其特征在于，所述维修部件的特征点在最佳直接视野范围的评分为1，在最佳眼动视野范围的评分为0.7，在最大直接视野范围的评分为0.4，在最大眼动视野范围的评分为0.2，所述设定阈值为0.7。
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