压力管道知识的VR/AR呈现技术研究与实现

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随着社会建设不断完善,压力管道系统广泛应用于社会生活和工业生产中,由于压力管道具有类型繁多和结构复杂的特点,给相关从业人员和待从业人员掌握压力管道相关知识带来了困难。本文针对压力管道知识学习过程中应用传统方式学习压力管道元件结构原理效率低下的问题,研究了VR/AR呈现技术并开发了压力管道知识的VR/AR呈现系统。本系统分为移动终端、PC终端和VR终端,通过构建虚拟环境和数字化资源,以可视化知识呈现的形式提高学员的学习效率。本文主要工作总结如下:(1)分析了当前压力管道知识教学、AR教材、VR教学和三维跟踪注册的现状,完成了压力管道知识呈现系统的移动终端、PC终端和VR终端知识呈现需求分析,完成了系统的总体功能设计,提取出系统所需的关键技术。(2)提出一种适用于压力管道教材和实物半剖模型的改进AKAZE算法。首先对压力管道教材插图和实训场景中实物模型进行特征点提取和匹配实验与分析,接着针对AKAZE算法的提取速度和匹配对数量的不足进行改进,然后应用本文改进的AKAZE算法对教材插图和实训模型的自然特征进行提取及匹配,最后使用GMS方法剔除错误的匹配对完成图像匹配。(3)研究了KLT光流金字塔方法并用于跟踪改进AKAZE算法提取的特征点。首先通过特征点跟踪减少使用图像匹配的时间,提高系统在移动设备的实时三维注册性能,其次使用正确的匹配对计算出单应性矩阵,最后采用EPn P方法结合相机内参和畸变系数,求解出移动设备的刚体运动参数旋转矩阵R和平移矩阵T,完成压力管道知识的AR资源三维跟踪注册功能。(4)研究了移动终端、PC终端的本地资源动态配置方法和VR/AR资源呈现的可视化交互方式。从分析VR和AR环境下资源呈现和交互行为出发,讨论数据资源的存储、呈现和人机交互间关系,提出文本、图像、视频和模型的动态配置方法,利用XML与HTML结合的特点,实现PC终端资源数据的增删改查操作,接着通过研究Unity3D与移动设备的通讯方式,实现移动终端的本地资源上传。根据压力管道结构原理的学习方式,设计了旋转、缩放、零部件显隐、透明度控制和拆装交互方法。(5)设计并构建了一个压力管道知识的VR/AR呈现系统。该系统以VR/AR资源呈现及可视化交互为目标,利用Unity3D、Win Form、VR头盔显示器等软硬件平台工具完成对压力管道知识的VR/AR呈现系统的开发。
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