失重状态下旋转陀螺交互操作的仿真研究

针对在地面难以使用实物进行空间操作任务训练的问题,提出了一种基于人机交互和物理引擎技术的交互操作虚拟仿真方法,并实现了失重状态下旋转陀螺的虚拟操作训练。实现中首先建立航天员和陀螺的三维图形模型和用于碰撞检测的物理模型,并采用虚拟现实设备数据手套和位置跟踪仪实时跟踪获取受训人体的实时运动数据,用于交互控制虚拟航天员的运动,最终通过物理引擎及仿真算法计算失重状态下旋转陀螺的运动状态。结果显示,该方法较好地解决了旋转陀螺定轴特性仿真问题,能够满足虚拟训练的实时性和有效性要求。     

航天员舱内虚拟训练体验质量评价试验研究

针对虚拟训练系统的体验质量问题,采用用户主观评价的方法,从多个维度设计指标,选取典型的虚拟训练任务,设计了用户体验试验,对航天员舱内导航与操作虚拟训练系统的体验质量展开了评价。结果表明,用户总体体验满意度较高,系统能够模拟逼真的环境,带给用户身临其境的感觉,且用户自觉虚拟训练有实效;但也存在诱发生理不适,交互设备使用不自然的问题,需要进一步完善。     

基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。     

基于CATIA的虚拟维修仿真研究

虚拟维修仿真是近年来出现的一种新的采用计算机动画、虚拟现实等技术,进行维修性设计和维修训练等的方法,基本思路是建立设备的电子样机,在虚拟环境中模拟特定的维修活动,如产品或部件的拆卸分解、更换、装配等.     

模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

虚拟训练仿真中空间定向能力的影响因素分析

虚拟定向训练是空间站内定向训练的重要手段,制定合理有效的虚拟定向训练方案需要探究清楚影响虚拟环境下人定向能力的各类因素。结合空间站内虚拟训练的特点,从人的空间能力和虚拟训练系统的交互方式两个方面提出了影响虚拟训练仿真中定向能力的因素,并从理论上分析了这两大类因素在虚拟定向训练中的作用,形成了虚拟训练仿真中空间定向能力影响因素的综合分析结果。     

面向结构静力试验监测的高精度数字孪生方法

试验验证和数值仿真是评估结构强度的两种典型方法,然而基于离散传感器的试验验证方法难以保证结构应力监测覆盖度,数值仿真方法又因为对物理实体的简化和理想化处理而导致应力结果精度不足,如何综合利用两种强度评估方法的优势并进行数据融合以实现结构应力场监测是一个具有挑战性的问题。提出一种面向结构静力试验监测的数字孪生（DT-SSTM）方法,可获得高精度的结构静力试验数字孪生模型,以实现结构应力场的实时监测与强度评估。DT-SSTM方法包括离线、在线2个阶段。离线阶段,采用梯度提升树（GBDT）算法对仿真数据进行训练,建立预训练模型。在线阶段,基于集成学习理论,采用Stacking算法对试验数据响应值与预训练模型响应值之间的残差进行训练并建立残差模型。通过叠加预训练模型与残差模型实现多源数据融合,建立高精度的数字孪生模型。最后,开展了开口矩形壁板轴向拉伸试验来验证DT-SSTM方法的有效性。结果表明,DT-SSTM方法能够建立高精度的结构静力试验数字孪生模型,且相比同类数据融合方法具有更高的全局、局部预测精度以及融合效率,为结构应力场实时监测提供了一种新颖的解决方案。     

一种基于状态转换的适用于嵌入式舰船电力虚拟模拟训练的发电机组仿真方法

针对嵌入式舰船电力虚拟模拟训练系统的特点,提出一种适用于嵌入式舰船电力虚拟模拟训练的发电机仿真方法。设计构建了基于状态转换的发电机组仿真模块,提出了正常状态和故障状态两种模式下的发电机组仿真状态转换方法,简化了发电机组仿真模型,使发电机仿真既满足了发电机在模拟训练中训练场景逼真性的要求,又解决了发电机在模拟训练中训练过程实时性差的问题。     

“新舟”60飞机虚拟维护训练器研究

结合国际先进飞机虚拟维修仿真设备的理念和应用,给出了虚拟维护训练设备的整体设计框架．从系统仿真到维修交互技术两个方面对其关键技术进行了说明,并结合“新舟”60飞机的维修特性,以典型维修过程为例进行了初步应用验证。     

风洞虚拟飞行试验模拟方法研究

风洞虚拟飞行试验是把飞行器模型安装在风洞中具有三个转动自由度的专用支撑装置上,让三个角位移可以自由转动或者按照飞行器的飞行要求实时操纵控制舵面,来实现较为逼真的模拟飞行器真实机动运动过程,进而达到探索其气动／运动耦合机理的目的。发展风洞虚拟飞行试验,其模拟方法是必须要解决的核心理论问题。针对某典型导弹,开展了铅垂平面内三自由度俯仰运动的开环控制和闭环控制飞行仿真模拟,分析了风洞虚拟飞行试验和真实飞行之间的主要差异及其影响,研究了风洞虚拟飞行试验的模拟方法。结果表明：对铅垂平面内的三自由度俯仰运动,采用俯仰角速度反馈的经典三回路自动驾驶仪闭环控制方式,风洞虚拟飞行试验能够较为逼真地模拟真实飞行过程。     

虚拟维修仿真的研究进展

虚拟维修仿真是虚拟实现技术应用于维修领域的结果之一,可以用于产品的维修性设计和分析、维修人员的维修训练以及维修手册的生成等。文章是埘建立一个满足以上需求的虚拟维修仿真所需要解决的问题进行定义和说明。阐述了虚拟维修仿真的基本框架,从虚拟样机建模、虚拟人建模、仿真指令生成和运动合成四个方面介绍了涉及的各种问题及相应的处理方法,同时探讨了这一研究领域的发展方向和需要解决的问题。     

基于预估校正和嵌套网格的虚拟飞行数值模拟

 针对导弹虚拟飞行数值模拟问题,发展了空气动力学/飞行力学数值计算方法和软件。控制方程为非定常雷诺时均Navier-Stoker(RANS)方程和刚体六自由度运动方程;流场求解器为有限体积法结构网格求解器,时间推进采用双时间步法,湍流模型为Spalart-Allmaras一方程模型;采用Adams预估校正法实现飞行力学方程与流场控制方程的耦合计算;使用嵌套网格方法模拟多体运动。首先模拟了美国国家航空航天局(NASA)窄条翼导弹模型纵向虚拟飞行,研究耦合方式和时间步长的影响。仿真结果表明,双时间步三阶Adams耦合方法,同等精度下可以显著增大时间步长,缩短仿真时间。最后,采用该方法模拟了导弹自由摇滚特性和纵向虚拟飞行,模拟结果与试验值吻合较好。     

气动/推力矢量控制面融合方式研究

针对在过失速机动中气动/推力矢量控制面协调问题,分析了最小控制能量和链式递增两种典型控制面融合方式的特点.结合实际应用上存在的问题,提出了一种新的融合控制方式.通过仿真计算和分析,并与典型的链式递增融合方式进行比较后可知,这种新的控制方式改善了采用链式递增融合控制方式中气动舵面的振荡现象.并且与最小控制能量融合方式相比更具有实用性.     

CAE技术在汽车模具行业中的应用探讨

基于数值模拟的CAE技术可以精确地模拟仿真板料成形过程,实现虚拟的试模。CAE今后的发展方向是与CAD技术的集成与融合     

基于关节点遮挡推测的多相机手姿态估计方法

基于视觉的手势交互技术被应用在航天员虚拟训练系统中,其中基于视觉的手姿态估计方法是关键。由于手部关节多、自由度高,因此航天员在操作过程中易出现手势自遮挡,此时难以准确重建航天员手势操作,进而难以构建合适的虚拟训练系统。当关节点严重自遮挡时,甚至出现不能被识别或姿态估计结果畸形的情况。为此提出了基于关节点遮挡预测的多相机融合手姿态估计方法,在不同视角利用单幅手部图像进行关节点遮挡预测和手姿态估计,再依据关节点遮挡预测结果,在决策端将各视角的手姿态估计结果进行融合;并采集双视角手势操作视频样例,设计融合实验进行验证。实验结果表明:通过融合可以有效解决单一视角自遮挡严重、手姿态难以估计的问题,避免了传统多相机方法的相机校准和数据特征匹配过程,在保证算法实时性的基础上提高了手姿态估计的精度。     

虚拟手操作随动仿真算法研究

针对在交互操作过程中虚拟手抓持物体后,虚拟手及被操作物体如何逼真跟随运动的问题,分析了虚拟手交互操作过程。对虚拟手采用两层仿真模型,对绕轴转动类物体提出以转动角度计算其和虚拟手的随动算法,该算法保证了在移动过程中虚拟手与被操作对象的接触位置不变,实现了连续随动。给出了支持无约束自由移动类物体、有约束沿固定方向移动类物体和有约束绕轴转动类物体虚拟手交互操作统一仿真流程。最后通过空间站舱门和灭火器交互操作仿真实例对仿真流程和随动算法进行了综合验证,结果表明,仿真流程能适应不同约束类型的物体操作仿真,随动算法使得操作与视觉反馈一致,交互操作简单自然,实时性好,为后续航天员采用虚拟现实训练提供了有效的基础算法。     

基于增强现实的动态红外视景生成技术

动态红外视景生成是红外成像制导半实物仿真的关键技术,将基于增强现实的虚拟场景技术应用于动态红外视景生成过程中,可以较有效地提高生成的场景的真实感,减少自然背景模拟的复杂程度。针对红外场景的特殊性,描述了增强现实技术在红外视景仿真中的运用过程,为解决虚实结合的几何和辐射一致性问题,推导了红外热像仪几何和辐射度的标定。     

基于现代教育技术的虚拟实验系统构建模式的研究

虚拟实验系统是现代教育技术和实践教学理论相结合的产物。通过对网上虚拟实验系统构建技术的全面分析和总结 ,将适合于高职高专院校的虚拟实验教学系统的构建模式划分为模拟演示型、系统仿真型、虚拟操作训练型和真实测量型等四种类型 ,并给出了对于高职高专院校具有重要的意义的构建方案、实现思路、适用场合和应用案例     

机载火控系统虚拟仿真实验室的构建与研究

为了解决院校教育与部队先进装备的同步训练,采用虚拟仿真技术、虚拟仪器测试技术、人工智能故障检测技术构建了机载火控系统虚拟仿真实验室.经使用,该实验室的功能达到了设计要求,不仅满足了教学需要,而且采用技术先进,设备性能优越,极大提高了院校为部队人才培训及装备维修保障的能力.     

偏航情况下同时进近碰撞风险研究

研究了在发生偏航特情情况下,同时进近的两架飞机之间的碰撞风险。首先,通过调研首都机场进近管制员的管制过程,建立同时进近模式下的航空器在发生偏航特情后的运动状态变化方程;其次,基于经典概率论位置误差模型的思想,建立同时进近模式下的航空器在偏航情况下的碰撞风险模型;最后,运用MATLAB进行仿真验证,得到发生偏航特情过程中每个时刻的碰撞风险,从而得出发生特情过程的碰撞风险变化趋势,为实际运行提供理论支持。