基于虚拟现实的连铸系统交互技术研究

发布时间：2020-06-09 00:57

【摘要】：传统的连铸设备操作培训主要以理论学习和现场跟班为主。受设备运行成本和现场危险因素制约,大规模长时间的培训难以进行。为此,设计开发了基于虚拟现实的连铸系统。连铸系统是虚拟现实交互技术在连铸设备操作培训领域的应用,满足钢厂员工和冶金专业学生进行连铸设备操作练习的需求。交互技术对促进学习者与培训系统有效交互、满足连铸操作类技能培训的要求具有重要意义。在分析系统需求的基础上,设计了连铸系统的整体功能架构和交互模式。为增强虚拟现实环境的沉浸感,研究了基于Unity3D的虚拟现实环境开发技术,包括三维模型构建和3D音效,并使用HTC Vive头盔及手柄作为3D显示设备和场景交互的控制器。根据连铸设备的操作特点,提出了基于手势识别和碰撞检测的连铸设备操作方法。研究了手势识别和相关硬件技术。使用Leap Motion作为手部姿态数据的采集设备。自定义了系统操作手势,并确定了手势识别的特征向量。研究了手势识别的相关机器学习算法,并采用SVM分类器进行手势识别。在研究碰撞检测算法的基础上,提出了基于射线法和包围盒法的碰撞检测方法。为使多个学习者能在同一个虚拟场景中操作设备,设计了分布式虚拟现实的网络通信模块。研究并确定了网络结构和通信协议,设计了基于PUN和Photon Server的客户端交互数据收发及服务器端数据分发和管理程序。设计了基于SQL Server 2014的系统数据管理和交互性教学指导功能。系统基于Unity3D和HTC Vive实现了虚拟连铸环境构建和漫游功能。基于Leap Motion和SVM分类器实现了手势识别功能,识别正确率可达96.2%,并进一步通过碰撞检测实现了虚拟连铸设备的操作功能。利用网络通信技术,实现了多个学习者在同一场景内的协作训练。基于SQL Server 2014实现了系统的数据管理功能和交互性教学指导功能。连铸系统通过有效、自然的人机交互方法,为连铸设备操作培训提供了一个新的途径。
【图文】：

华北理工大学硕士学位论文连铸设备控制台一般依照具体设备使用需求订制，但基本的操作方式都以按钮、旋钮和操作杆为主，有些还配备有触摸屏。非控制台类的设备一般配有操作杆，工人操作时以握持为主。因此，连铸设备操作可以概括为三种，即使用食指点击、使用拇指和食指夹持转动和使用五指握持移动。此外，，连铸的部分生产环节需多人协作完成，如开浇操作中安装钢包长水口时，即需多人分别操作钢包回转台、中间包车和长水口安装机械手[33]。待长水口对准中间包中孔和钢包下水口后，机械手上升使长水口与钢包下水口压紧调正。连铸设备操作如图 1 所示。

functional requirement建构主义学习理论形式，是确保培训方面：学习者与虚；教学管理系统与互通过手势操作、技术实现对虚拟连间中的位置。另一学习者之间的交互场景交互的延伸。功能从他人视角观学生与教师的互动
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF777

【参考文献】

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本文编号：2703931