面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统若干问题研究

发布时间：2020-06-17 19:55

【摘要】：可控的核聚变能是最具前景的清洁能源之一,托卡马克是研究核聚变的主要装置,其远程检测任务是一个极具挑战的工作。先进实验超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)已经在中国科学院等离子体物理研究所建造并成功运行。复杂的EAST腔内部环境、受限的视觉反馈、困难的用户操作培训等因素,严重影响EAST检测的遥操作任务实现。为了解决这些问题,面向EAST腔检测开发一个能实时显示检测装置相对于EAST腔位置进行视觉反馈保障安全、能进行操作培训及其它功能的遥操作虚拟现实仿真系统非常必要。快速碰撞检测能建立一种安全机制,确保遥操作的安全;第一壁场景复现能进行较全面的视觉反馈,帮助了解EAST腔体内部的真实情况;虚拟相机最佳视角研究对人机交互体验有大幅度改善。因此,虚拟现实仿真系统这些关键问题的研究对于提升遥操作的安全性和效率也具有重要意义。本文设计并实现了一个面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统,并对虚拟现实仿真系统中的若干关键问题进行了研究。目前,该虚拟现实仿真系统已经成功地应用到EAST腔检测任务中。本文的研究内容概述如下:1)虚拟现实仿真系统构建:设计并实现了面向EAST腔检测的遥操作虚拟现实仿真系统,实现了对远程检测机械臂的仿真和控制;2)快速碰撞检测方法研究:针对遥操作检测中安全控制的要求,提出了一种适用于非凸多面体的快速碰撞检测方法,实现了柔性内窥机械臂与EAST腔的快速碰撞检测,计算出它们之间的最短距离并实时显示,当检测距离进入预警范围时,仿真发送预警信号到控制系统,采取安全控制。3)第一壁场景复现方法研究:选择虚拟现实仿真中感兴趣的区域,然后控制机械臂检测对应砖块;结合第一壁图像信息和柔性内窥机械臂的位置反馈信息,通过图像识别、增强虚拟、纹理映射技术,完成第一壁图片贴到虚拟现实仿真系统对应位置。4)虚拟相机最佳视角方法研究:对虚拟相机最佳视角进行研究,给出了相机视角质量的评价指标,考虑了常用的影响视角的因素,并给出了量化表达式,通过视角搜寻方法找到最佳视角,实验验证了有效性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL631.24
【图文】：

(c) 火星车的真实状态 (d) 虚拟环境显示界面图 1-1 GLETS 虚拟现实遥操作系统Fig.1-1 GLETS VR teleoperation system

(c) 真实场景 (d) 虚拟现实场景图 1-2 AIA 虚拟现实遥操作系统Fig.1-2 AIAVR teleoperation system3）ITER 包层维护虚拟现实遥操作系统[6,15]

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 冯立颖;;碰撞检测技术研究综述[J];计算机时代;2014年08期

2 姚t$;肖俊;庄越挺;;基于影像美学原理的虚拟相机自动拍摄生成方法[J];系统仿真学报;2006年10期

3 马登武;叶文;李瑛;;基于包围盒的碰撞检测算法综述[J];系统仿真学报;2006年04期

本文编号：2718084