摘要
航空发动机的维修质量直接影响飞机安全，但是在传统的维修培训方式中，由于航空发动机实际设备不易获得、维修周期长、维修操作繁琐等原因，技能人才的培训受到了许多限制，迫切需要改进培训方式。机械系统故障率一直位居航空发动机故障率之首，而机械系统的故障维修需要频繁地进行拆卸与装配的操作，利用虚拟现实（VR）技术来演练航空发动机的多人协同拆装，提升技能人才的操作熟练度和多人之间的配合程度，能够弥补传统培训方式的不足，提升突发故障抢修效率，对提高发动机的作业时间、保障飞行安全和提升战斗机的作战力等方面具有重要的意义。 本文以某型航空发动机为研究对象，围绕航空发动机的拆装过程模型与可视化编辑方法、徒手交互方法和多人协同拆装关键行为模型等方面展开研究，搭建了一个面向航空发动机的VR拆装多人协同系统。通过该系统，熟悉航空发动机拆装流程规范的管理员可以通过可视化界面快速编辑每个拆装步骤的关键信息，并形成针对某一故障的拆装序列配置文件。进一步地，管理员能够将该配置文件部署到多端，供多名学员进行VR拆装多人协同训练。鉴于上述目的，论文的主要工作研究工作如下： （1）系统总体功能设计。基于功能性需求进行了系统的功能设计，将系统分为桌面端可视化编辑模块、多端部署模块和VR多人协同模块。针对系统要实现多人协同的要求，研究了Mirror网络框架在系统中的可行性。 （2）研究了适用于VR拆装多人协同的通用性拆装过程模型并设计了解析方法，进一步地研究了拆装序列的可视化编辑方法。航空发动机的故障具有不确定性，导致拆装训练任务多变，目前VR拆装系统多为定制化开发，难以满足航空发动机的虚拟拆装需求。为此，研究了航空发动机的拆装操作过程，抽象出若干个参数，并保存为JSON数据格式，提出了使用有向图描述的基于双序列的拆装过程模型，并设计了过程模型的驱动流程，检测了一般情况下本文驱动过程模型的任务驱动效率。此外，研究了实现可视化编辑模块中的空间计算方法。 （3）研究了协同拆装行为模型和基于手势识别的徒手交互方法，基于有限状态机和空间变换计算方法设计了工具和拆装对象的行为模型和视觉反馈的交互机制，对拆装过程的工具就位、操作细节进行呈现，并验证了多端协同的场景一致性。 （4）结合上述研究，设计并实现了面向航空发动机的VR拆装多人协同系统。对系统的桌面端可视化编辑模块、多端部署模块和VR多人协同模块三大模块进行了设计与实现。
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