[發(fā)明專利]基于DELMIA環(huán)境下的沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)虛擬人控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110442411.2
• 申請(qǐng)日: 2011-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN102521464A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周棟;呂川;陳桂玲;張乃棟;郭志奇;李永祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是基于DELMIA環(huán)境下的沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)虛擬人控制方法，具體的說，是一種利用DELMIA軟件提供的沉浸式虛擬仿真系統(tǒng)，進(jìn)行人體動(dòng)作和行為的仿真，使用戶像在實(shí)際產(chǎn)品上一樣對(duì)虛擬產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，從而可在物理樣機(jī)產(chǎn)生之前及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的維修問題，它屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助系統(tǒng)維修的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

沉浸式虛擬仿真是指設(shè)計(jì)人員在沉浸式虛擬維修環(huán)境下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行“虛擬地”維修，可在物理樣機(jī)生產(chǎn)之前及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的維修問題，進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)的分析，維修規(guī)程的確認(rèn)和輔助維修訓(xùn)練。利用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)與虛擬維修仿真軟件構(gòu)建沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)，不僅可以利用虛擬維修仿真軟件中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，而且能夠讓用戶像在實(shí)際產(chǎn)品上一樣對(duì)虛擬產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。

目前動(dòng)作捕捉系統(tǒng)與虛擬維修仿真軟件融合技術(shù)的研究進(jìn)展較慢，二者還相對(duì)獨(dú)立。一方面，虛擬維修軟件具有很強(qiáng)的仿真分析功能，但其中的人體運(yùn)動(dòng)建模工作較為繁瑣且編輯的動(dòng)作不夠真實(shí)有效；另一方面動(dòng)作捕捉系統(tǒng)還只在動(dòng)畫制作等特殊領(lǐng)域應(yīng)用較多，其配套的軟件一般只能利用三維動(dòng)畫復(fù)現(xiàn)真人運(yùn)動(dòng)軌跡，而不具有其他分析處理功能，也不能載入CAD產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此，二者集成能有效的實(shí)現(xiàn)真人對(duì)虛擬維修仿真軟件中虛擬人的控制，為仿真分析提供更加真實(shí)有效的維修動(dòng)作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的沉浸式虛擬維修。

發(fā)明內(nèi)容

(1)本發(fā)明的目的是基于DELMIA環(huán)境下的沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)虛擬人控制方法，通過將動(dòng)作捕捉設(shè)備所捕捉到的人體動(dòng)作實(shí)時(shí)地導(dǎo)入到專業(yè)軟件提供的虛擬維修平臺(tái)當(dāng)中的虛擬人上，從而可以進(jìn)行沉浸式的虛擬維修活動(dòng)。

(2)本發(fā)明的技術(shù)方案：

以DELMIA虛擬仿真軟件和ShapeWarp無線光纖動(dòng)作捕捉系統(tǒng)構(gòu)建沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)，并利用DELMIA提供的Automation二次開發(fā)技術(shù)，對(duì)二者的接口設(shè)計(jì)算法做了相應(yīng)研究，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)采集的真實(shí)的維修數(shù)據(jù)對(duì)DELMIA中虛擬人動(dòng)作控制，提出了DELMIA環(huán)境下虛擬人控制的新方案，實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的融合。

以ShapeWarp無線光纖動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和目前航空部門普遍采用的DELMIA虛擬仿真軟件構(gòu)建沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)，并對(duì)二者間的接口設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作捕捉系統(tǒng)對(duì)DELMIA軟件中虛擬人的控制。

本發(fā)明基于DELMIA環(huán)境下的沉浸式虛擬維修仿真系統(tǒng)虛擬人控制方法，通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、對(duì)動(dòng)作捕捉軟件的數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行設(shè)置

選擇ShapeRecorder作為動(dòng)作捕捉軟件，對(duì)其數(shù)據(jù)的輸出進(jìn)行必要的設(shè)置。主要的輸出設(shè)置分為實(shí)時(shí)輸出和以文件方式輸出。

步驟二、進(jìn)行動(dòng)作捕捉，通過動(dòng)作捕捉設(shè)備自帶的軟件實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)

有兩種方式，一種是人員穿上動(dòng)作捕捉設(shè)備，進(jìn)行動(dòng)作捕捉；另一種是之前進(jìn)行動(dòng)作捕捉時(shí)，用設(shè)備自帶的軟件對(duì)動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行錄制，而發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)則通過設(shè)備自帶軟件打開已錄制好的動(dòng)作數(shù)據(jù)文件，向外發(fā)送數(shù)據(jù)。

步驟三、接收并臨時(shí)保存動(dòng)作捕捉軟件輸出的動(dòng)作數(shù)據(jù)

以UDPSocket的方式接收數(shù)據(jù)，以數(shù)組的形式臨時(shí)保存當(dāng)前接收到的一幀數(shù)據(jù)。為說明方便，該數(shù)組命名為gpo數(shù)組。該數(shù)組包含從1到235共235個(gè)數(shù)據(jù)，分別以gpo(1)、gpo(2)……gpo(235)表示。

步驟四、對(duì)動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算

根據(jù)臨時(shí)保存的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)——即gpo數(shù)組——進(jìn)行計(jì)算，可以將該數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換為DELMIA可以使用的動(dòng)作數(shù)據(jù)格式，臨時(shí)保存在opv數(shù)組和iAxisComponentsArray數(shù)組當(dāng)中。該步驟可以進(jìn)一步細(xì)分為：a)計(jì)算人體的方向和位置；b)計(jì)算人體每一個(gè)肢節(jié)的姿勢(shì)(不包括手指)；c)計(jì)算人體手指每一個(gè)肢節(jié)的姿勢(shì)

步驟五、將轉(zhuǎn)換完成的動(dòng)作數(shù)據(jù)以Automation?API的方式賦給DELMIA

步驟六、重復(fù)步驟二到步驟五

將動(dòng)作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成并輸入到DELMIA中的虛擬人使其動(dòng)作后，此即標(biāo)志著一幀動(dòng)作的完成。然后開始下一幀動(dòng)作，重復(fù)步驟二到步驟五，直到不再進(jìn)行動(dòng)作捕捉或動(dòng)作捕捉設(shè)備自帶軟件不再發(fā)送捕捉到的動(dòng)作數(shù)據(jù)為止。

本發(fā)明要求的設(shè)備條件：兩臺(tái)電腦，其中動(dòng)作捕捉系統(tǒng)(ShapeRecorder)需要一臺(tái)，虛擬環(huán)境軟件平臺(tái)(delmia)需要一臺(tái)，兩臺(tái)電腦之間要有網(wǎng)絡(luò)連接，或者是一臺(tái)電腦，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和虛擬環(huán)境平臺(tái)都在同一臺(tái)電腦上運(yùn)行，此時(shí)電腦要有網(wǎng)卡。軟件條件：Windows操作系統(tǒng)，且配置要能夠正常運(yùn)行兩款軟件。

(3)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：