[发明专利]用于航天器装配现场的便携式工艺仿真及立体可视化系统

权利要求书

1.用于航天器装配现场的便携式工艺仿真及立体可视化系统，包含6个模块：便携支持模块、立体投影模块、立体交互模块、动作捕捉模块、逆向建模模块、虚拟仿真模块，其中，

便携支持模块是整套系统的收纳装置，包括了便携式箱体、收纳结构、系统主机、散热装置、显示交互装置、电源装置，便携式箱体底部安装有万向轮，便于箱体携带整套系统在地面运输；收纳结构位于便携式箱体中，为收纳其余模块的硬件设备提供相对独立的收纳空间；系统主机为置于便携式箱体中的小型图形工作站，用于安装各控制单元或集成电路板；散热装置设置便携式箱体中，用于维持箱体低温；显示交互装置包含显示器、键盘和鼠标，用于支持用户操作系统主机；电源装置用于为部署后的全套系统接入外部电源并供电，系统主机、散热装置固定于便携式箱体内；收纳结构、显示交互装置、电源装置均可收纳于便携式箱体中；

立体投影模块用于实现仿真场景的沉浸式立体展示，包括立体信号处理单元、立体投影装置、柔性投影屏幕，以及立体观看装置，该模块通过立体信息处理单元接收虚拟仿真模块产生的图元信号，将该信号处理为立体视频信号后，通过立体投影装置投影到柔性投影屏幕，投影产生的立体画面可由多个用户通过分别佩戴一个立体观看装置进行观看；

立体交互模块用于实现多用户在沉浸式立体可视化环境下的立体交互，包括空间鼠标、动作捕捉控制单元、交互信号处理单元，空间鼠标感应并发送用户手部的位移、加速度和按键信号，可收纳于便携支持模块中；动作捕捉控制单元为安装于便携支持模块中的系统主机的接口，从动作捕捉模块获取用户的身体姿态和动作信号；信号处理单元集成于便携支持模块中的系统主机，对上述信号进行处理，控制仿真场景中的视角或虚拟物体运动；

动作捕捉模块用于捕捉人体动作，并将动作信号用于立体交互或仿真制作，包括动作捕捉数据衣和动作信号接收单元，动作捕捉数据衣由用户穿戴后，可捕捉用户的身体姿态和多个关节的位移和加速度，并实时将信号发送至动作信号接收单元；动作信号接收单元为集成于便携支持模块中的系统主机的部件，对动作信号进行处理，为立体交互模块和虚拟仿真模块提供结构化的实时动作参数；

逆向建模模块用于扫描现场实物的几何形状，进行建模后提供给虚拟仿真模块实施仿真，包括手持式三维扫描仪和逆向建模控制器，手持式三维扫描仪可收纳于便携支持模块的收纳结构中；逆向建模控制器设置于便携支持模块中的系统主机中；

虚拟仿真模块用于装配方案仿真，包括数据导入控制单元、仿真设计控制单元、仿真运算控制单元、可视接口控制单元，数据导入控制单元将逆向建模模块及动作捕捉模块的结果导入仿真场景；仿真设计控制单元用于建立航天器装配工况仿真场景；仿真运算控制单元用于运行仿真，对装配方案仿真进行装配路径、几何干涉风险和人机功效方面的量化评估；可视化接口将仿真结果提供给立体投影及立体交互模块进行展示和评审。

2.如权利要求1所述的系统，其中，虚拟仿真模块设置于便携支持模块中的系统主机中。

3.如权利要求1所述的系统，其中，立体投影模块中，立体信息处理单元为用于信号处理的部件；立体投影装置为小型立体投影仪；柔性投影屏幕配备易于收放的轻型支架使用，且屏幕自身可折叠收纳；立体观看装置为可收纳的小型无线装置。

4.如权利要求3所述的系统，立体投影模块中的各单元在部署前均收纳于便携支持模块的收纳结构中。

5.如权利要求1所述的系统，其中，动作捕捉模块中的数据衣可收纳于便携支持模块的收纳结构中。

6.如权利要求1-5之一所述的系统，其中，所述系统形成4种状态及相应工作模式：

运输转场时，立体投影模块、立体交互模块、动作捕捉模块、逆向建模模块、虚拟仿真模块的硬件均收纳于便携支持模块的收纳结构中，系统使用便携支持模块的便携式箱体进行统一移动；

实物逆向建模时，系统在建模地点附近进行展开，由便携支持模块和逆向建模模块配合工作，展开的硬件包括便携支持模块的显示交互装置和电源装置，以及逆向建模模块中的手持式三维扫描仪，工作工程中，由电源装置向所有用电设备供电，用户使用逆向建模模块中的手持式三维扫描仪对需要扫描的物体进行扫描，然后通过便携支持模块的显示交互装置操作逆向建模模块进行逆向建模，将建模结果保存在系统主机中；

仿真实施时，由便携支持模块和虚拟仿真模块配合工作，展开的硬件包括便携支持模块的显示交互装置和电源装置，如果需要进行人体动作捕捉，则额外展开人体动作捕捉模块的动作捕捉数据衣，工作工程中，由电源装置向所有用电设备供电，进行基于动作捕捉的仿真工作时，用户穿戴动作捕捉模块的动作捕捉数据衣进行动作模拟，由动作信号接收单元将生成的结构化实时动作参数传输到虚拟仿真模块的数据导入控制单元，驱动虚拟仿真模块的仿真设计或仿真运算控制单元对人体动作进行记录或运算，在仿真实施过程中，虚拟仿真模块的数据导入控制单元将由实物逆向建模模块生成的三维模型导入到虚拟仿真场景中进行使用；

仿真评审时，由便携支持模块、立体投影模块、立体交互模块、虚拟仿真模块配合工作，展开的硬件包括便携支持模块的显示交互装置和电源装置；立体投影模块中的立体投影装置、柔性投影屏幕，以及立体观看装置，立体交互模块的空间鼠标；如果需要基于用户人体动作进行立体交互，还需要使用动作捕捉模块，展开该模块的动作捕捉数据衣，工作工程中，由电源装置向所有用电设备供电，在便携支持模块的显示交互装置控制下，虚拟仿真模块将虚拟场景通过立体投影模块进行沉浸式展示，并通过立体交互模块或动作捕捉模块接收用户对仿真场景的交互信号。