[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

说明书

本发明公开了一种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，包含六个模块：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。本发明实现部署灵活的、支持多人研讨的沉浸式仿真系统，有效满足航天器装配现场仿真任务场所不固定、需多人快速协商、安全性高等方面的综合需求并提高了仿真效率，提升了仿真在航天器装配中的应用效能。

技术领域

本技术属于航天器总装领域，具体涉及一种用于航天器装配现场工艺方案展示与研讨的立体交互系统。

背景技术

航天器装配集成测试是一项复杂的系统性工作，实施过程需要系统地考虑各方要求以及各专业接口，结合总装具体实施人员的技能水平、工装设备能力、总装场地功效、总装物流资源等要素，形成严谨、详细的总装工艺技术流程，由工艺实施部门进行协调实施。协调实施过程中，实施人员需要依赖大量仿真工作验证面向各类突发资源冲突和技术修改的解决方案，采用立体可视化系统对仿真结果进行呈现，可以有效改善各专业人员间的沟通环境，提高人员对仿真方案及结果的理解程度。

本发明的相关技术领域包括装配仿真技术和虚拟现实技术领域。

本发明使用装配仿真技术实现对航天器装配方案的仿真。该领域目前已存在支持可装配性验证、装配工艺规划和分析等功能的专业仿真部件。传统仿真过程包括仿真资源准备，仿真动画制作，仿真结果评估等主要阶段。在航天器装配应用背景下，现有装配仿真系统存在以下问题：1仿真模型几何精度不足。传统仿真方式使用设计模型进行仿真，与实际物件的真实形状存在尺寸差异；2人体动作制作困难。航天器产品具有大规模单件生产特点，仿真内容难以复用。单个航天器装配过程耗费时间长，且大量步骤依赖于人员的手工操作。当前的商业部件未针对上述航天器装配特点对部件功能和交互方法进行优化，装配仿真场景或动画的制作速度慢，难度大。

虚拟现实技术实现装配现场人员与仿真场景的沉浸式交互。在沉浸式交互方面，按照沉浸感产生原理，可以将目前已有的方案划分为基于大范围显示屏的沉浸式虚拟现实系统，以及数据头盔型虚拟现实系统。其中，基于大范围显示屏的沉浸式虚拟现实系统通过大范围显示屏幕覆盖用户视场范围实现用户的沉浸式体验，单套该类设备即可以支持多人在屏幕前共同观看显示画面，画面可以由单个或多个立体投影通道拼接而成，其缺点是设备沉重，部署调校过程复杂。数据头盔型虚拟现实系统通过两块小型屏幕近距离包裹用户双眼来实现用户的沉浸式体验，便携性能出色，容易部署，缺点是单套该类设备仅支持单人观看显示画面，难以支持多人在相同沉浸式环境中进行协商研讨，且佩戴时用户难以觉察外部现实环境的变化，在存在不安全因素的区域无法使用。在航天器装配现场应用背景下，对相应的虚拟现实系统存在以下需求：1由于航天器产品装配测试过程中问题出现随机性强，导致对工艺可视化系统的需求位置不固定，需要部署位置灵活、部署过程简单的可视化系统；2仿真结果由多专业人员进行综合评估，需要支持多人共同协商的可视化研讨环境；3航天器生产车间环境变化快，存在一定的不安全因素，需要人员能够随时感知周围环境，杜绝安全事故的发生。在已有的基于大范围显示屏的沉浸式虚拟现实系统和数据头盔型虚拟现实系统中，均没有能够同时满足上述要求的系统。

发明内容

针对上述问题和需求，本发明提出一种可在航天器装配现场快速搭建的便携式工艺仿真及立体可视化系统，该系统通过集成三维物件扫描、人体动作捕捉、沉浸式虚拟现实等模块，满足航天器装配现场仿真与应用的各项要求。

本发明的发明目的在于搭建一种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，提高工艺仿真技术在航天器装配现场的应用效能，其改善目标有以下几点：

1.提供一种支持多人研讨的，便携的沉浸式仿真系统，使虚拟现实装备能够适用于航天器装配现场；

2.通过集成实物逆向建模工具，实现基于实物建模的快速装配仿真，显著提高航天器装配仿真的准确性；

3.通过集成人体动作捕捉工具，实现人体装配动作模型的快速生成，显著提高航天器装配仿真的实施效率。