技术领域
[0001] 本
发明属于车辆多层次虚拟维修训练系统建立技术领域，具体涉及一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法。
背景技术
[0002] 长期以来，出于操作要求高、
风险大，不安全因素多、反复操作训练既影响
精度，又影响寿命等多种因素的考虑，复杂装备车辆维修受训人员在装备车辆维修训练中，存在着不敢训、训练不充分的问题，复杂装备车辆维修保障
力量建设基本采用实装跟训、厂家培训、师徒传承和教材、图纸等二维信息形式的技能生成模式，训练效果受装备、时间、场地、安全等诸多因素制约，严重制约了复杂装备车辆维修保障力量建设
水平的提高，另外，现有的复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统内容简单，无法满足复杂装备车辆精细模
块的维修训练，且现有的建立的虚拟维修训练系统往往因复杂装备车辆的
大数据量而导致无法有效的运行。为拓展复杂装备车辆专业训练模式，解决传统的复杂装备车辆维修训练中训练周期长、损耗大、频次低、成本高、效果差等难题，亟需一种用于复杂装备车辆维修保障的虚拟维修训练系统的建立方法，使其能够提升复杂装备车辆维修训练信息化水平。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述
现有技术中的不足，提供一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，通过建立用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，避免造成视景显示三维模型太过精细而造成平台显卡内存不足，或者可能造成拆装模型太过简化而造成真实度和
沉浸感不足，建立虚拟分解和装
配对象模型及其层次关系，便于后期开展全流程、多层次、多目标的虚拟维修训练，便于推广使用。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0005] 步骤一、采集复杂装备车辆整车及其各零部件信息：依据复杂装备车辆技术手册提供的二维图纸数据信息以及复杂装备车辆实物，采集复杂装备车辆整车及其各零部件信息，复杂装备车辆整车及其各零部件信息包括整车及其各零部件的结构、几何外观形状、尺寸大小数据、纹理数据和
质量数据；
[0006] 步骤二、构建用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模：采用3ds Max和Maya构建复杂装备车辆的视景显示三维粗模；采用UG和Pro/E构建复杂装备车辆整车及其各零部件的虚拟拆装三维精模；
[0007] 步骤三、优化视景显示三维粗模和虚拟拆装三维精模，过程如下：
[0008] 步骤301、模型简化：采用三
角形网格
抽取简化法对模型进行简化，抽取简化从模型原始数据开始，逐次随机删除模型中元素，直到模型逼近误差达到误差允许上限；
[0009] 步骤302、模型整体塌陷：对复杂装备车辆虚拟维修场景中相邻且相似模块通过塌陷合并；
[0010] 步骤303、模型数据分割，过程如下：
[0011] 步骤3031、设定标准分割模块大小，按照标准分割模块大小、以及从左到右和从下至上的顺序对原始模型进行划分，得到M行N列的子块，子块命名为RowmColn，其中，m为子块的所在的行且m＝1,2，…，M，n为子块的所在的列且n＝1,2，…，N，左下角的子块为Row1Col1；
[0012] 步骤3032、对最右侧和最上侧不满足标准分割模块大小的子块及无数据区域采用无效值0填充；
[0013] 步骤3033、以分割前的整块原始模型的左下角为原点，原点向右的延伸线为x轴，原点向上的延伸线为y轴，z轴过原点且垂直于x轴和y轴形成的面，x轴、y轴、z轴构成右手
坐标系，该右手坐标系为全局坐标系；
[0014] 步骤3034、确定每个子块的中心并以其为原点构建该子块的局部坐标系，计算出每个子块相对全局坐标系原点的相对偏移量，相对偏移量为每个局部坐标系的原点在全局坐标系中的坐标，全部子块构成一个不出现裂缝的模型块集合；
[0015] 步骤304、模型纹理分割：对原始模型进行模型纹理分割，分割成与步骤303
中子块相对应的纹理块；
[0016] 步骤305、模型贴图优化；
[0017] 步骤四、建立优化后的虚拟拆装三维精模的虚拟拆装规划序列，过程如下：
[0018] 步骤401、构建虚拟拆装三维精模中拆装对象的多层次关系拆装树模型；
[0019] 步骤402、建立拆装对象的关联关系拆装网络模型；
[0020] 步骤403、生成拆卸割集：以关联关系拆装网络模型为输入，利用关联割集生成
算法对关联关系拆装网络模型进行处理，生成拆卸割集；
[0021] 步骤404、获取机械可行性拆卸初定规划序列：对拆卸割集进行机械可行性推理，获取机械可行性拆卸初定规划序列；
[0022] 步骤405、机械可行性拆卸初定规划序列的验证：利用基于
时空相关
跟踪策略的碰撞实时检测方法对机械可行性拆卸初定规划序列进行验证，剔除干涉，
修改机械可行性拆卸初定规划序列，得到机械可行性拆卸最终规划序列；
[0023] 步骤406、获取机械可行性装配最终规划序列：利用反演理论对机械可行性拆卸最终规划序列进行反演，得到机械可行性装配最终规划序列；
[0024] 步骤五、构建复杂装备车辆多层次虚拟维修
自学习训练模式：将虚拟拆装三维精模中拆装对象的虚拟拆装规划序列与技术原理结合构建各拆装对象的多层次虚拟维修自学习训练模式，并为每个拆装对象的多层次虚拟维修自学习训练模式配备交互展示和音频解说；
[0025] 步骤六、构建复杂装备车辆多层次虚拟维修引导训练模式：对虚拟拆装三维精模中拆装对象的虚拟拆装规划序列中每相邻的两步之间插入一个提示模块，构建各拆装对象的多层次虚拟维修引导训练模式；
[0026] 步骤七、构建复杂装备车辆多层次虚拟维修自主训练模式：利用虚拟拆装三维精模中拆装对象的虚拟拆装规划序列构建各拆装对象的多层次虚拟维修自主训练模式，并将其视为考核评估模式，并为每个拆装对象的多层次虚拟维修自学习训练模式配备计时和过程评错结果；
[0027] 步骤八、复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的集成和封装：利用计算机高级编程语言对复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统进行集成和封装，打包输出EXE执行文件。
[0028] 上述的一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，其特征在于：所述复杂装备车辆的视景显示三维粗模包括
建筑物，行车道、树木，交通标志、路况。
[0029] 上述的一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，其特征在于：所述复杂装备车辆整车及其各零部件的虚拟拆装三维精模包括整车三维模型、车辆
发动机三维模型、车辆底盘三维模型、车辆液压三维模型、车辆传动机构三维模型、车辆电控三维模型、
轮毂总成三维模型、轮胎与
轮辋组件三维模型、
螺母三维模型、开口销三维模型、
轴承三维模型、
螺栓三维模型、止动
垫圈三维模型、
支架三维模型、
挡板三维模型和
制动蹄片三维模型。
[0030] 上述的一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，其特征在于：所述拆装对象的关联关系拆装网络模型中关联关系包括含
联轴器连接关系、
螺纹连接关系、键连接关系、铆连接关系、粘接连接关系、销连接关系、
焊接连接关系、插入关系和
覆盖关系。
[0031] 上述的一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，其特征在于：所述计算机高级编程语言为使用Visual studio 2010编译的C语言。
[0032] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0033] 1、本发明依据复杂装备车辆技术手册提供的二维图纸数据信息以及复杂装备车辆实物采集复杂装备车辆整车及其各零部件信息，便于构建用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，通过建立用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，避免造成视景显示三维模型太过精细而造成平台显卡内存不足，或者可能造成拆装模型太过简化而造成真实度和沉浸感不足，便于推广使用。
[0034] 2、本发明通过优化视景显示三维粗模和虚拟拆装三维精模，将复杂装备车辆虚拟维修场景中邻近类似模型通过塌陷合并以及模型贴图优化来减少计算机内存的消耗，提高复杂装备车辆模型交互实时性。
[0035] 3、本发明建立虚拟分解和装配对象模型及其层次关系，便于后期开展全流程、多层次、多目标的虚拟维修训练，通过建立优化后的虚拟拆装三维精模的虚拟拆装规划序列，被拆解对象的层次关系，又融入描述拆解对象零部件之间相互关联关系规划拆装序列，既较好地体现了拆装对象的结构，减少了各层元件的数量，降低了拆装对象分析复杂度，利用时空相关跟踪策略的碰撞实时检测方法对机械可行性拆卸初定规划序列进行验证，有利于规划各零件
节点和组件节点之间的最终拆装顺序。
[0036] 4、本发明方法步骤简单，通过虚拟拆装规划序列，构建复杂装备车辆多层次虚拟维修自学习训练模式、复杂装备车辆多层次虚拟维修引导训练模式和复杂装备车辆多层次虚拟维修自主训练模式，并对复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的集成和封装，使用效果好，可有效提高受训人员的受训效果，快速提升其维修保障能力，具有实用、经济、安全、高效和集成化程度高的优点，解决传统的复杂装备车辆维修训练中训练周期长、损耗大、频次低、成本高的难题，因此特别适合在航空、航天、工业、建筑、军事领域的虚拟维修训练的应用，便于推广使用。
[0037] 综上所述，本发明通过建立用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，避免造成视景显示三维模型太过精细而造成平台显卡内存不足，或者可能造成拆装模型太过简化而造成真实度和沉浸感不足，建立虚拟分解和装配对象模型及其层次关系，便于后期开展全流程、多层次、多目标的虚拟维修训练，便于推广使用。
[0038] 下面通过
附图和
实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
具体实施方式
[0040] 如图1所示，本发明的一种复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的建立方法，包括以下步骤：
[0041] 步骤一、采集复杂装备车辆整车及其各零部件信息：依据复杂装备车辆技术手册提供的二维图纸数据信息以及复杂装备车辆实物，采集复杂装备车辆整车及其各零部件信息，复杂装备车辆整车及其各零部件信息包括整车及其各零部件的结构、几何外观形状、尺寸大小数据、纹理数据和质量数据；
[0042] 需要说明的是，依据复杂装备车辆技术手册提供的二维图纸数据信息以及复杂装备车辆实物采集复杂装备车辆整车及其各零部件信息，便于构建用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，通过建立用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，避免造成视景显示三维模型太过精细而造成平台显卡内存不足，或者可能造成拆装模型太过简化而造成真实度和沉浸感不足，便于推广使用。
[0043] 步骤二、构建用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模：采用3ds Max和Maya构建复杂装备车辆的视景显示三维粗模；采用UG和Pro/E构建复杂装备车辆整车及其各零部件的虚拟拆装三维精模；
[0044] 需要说明的是，采用3ds Max和Maya构建复杂装备车辆的视景显示三维粗模的目的是减少粗模建模数据量，以提高模型加载和显示刷新速率；采用UG和Pro/E构建复杂装备车辆整车及其各零部件的虚拟拆装三维精模的目的是提高数据量小的精模建模真实度，以增强虚拟仿真沉浸感。
[0045] 步骤三、优化视景显示三维粗模和虚拟拆装三维精模，过程如下：
[0046] 步骤301、模型简化：采用三角形网格抽取简化法对模型进行简化，抽取简化从模型原始数据开始，逐次随机删除模型中元素，直到模型逼近误差达到误差允许上限；
[0047] 步骤302、模型整体塌陷：对复杂装备车辆虚拟维修场景中相邻且相似模块通过塌陷合并；
[0048] 步骤303、模型数据分割，过程如下：
[0049] 步骤3031、设定标准分割模块大小，按照标准分割模块大小、以及从左到右和从下至上的顺序对原始模型进行划分，得到M行N列的子块，子块命名为RowmColn，其中，m为子块的所在的行且m＝1,2，…，M，n为子块的所在的列且n＝1,2，…，N，左下角的子块为Row1Col1；
[0050] 步骤3032、对最右侧和最上侧不满足标准分割模块大小的子块及无数据区域采用无效值0填充；
[0051] 步骤3033、以分割前的整块原始模型的左下角为原点，原点向右的延伸线为x轴，原点向上的延伸线为y轴，z轴过原点且垂直于x轴和y轴形成的面，x轴、y轴、z轴构成右手坐标系，该右手坐标系为全局坐标系；
[0052] 步骤3034、确定每个子块的中心并以其为原点构建该子块的局部坐标系，计算出每个子块相对全局坐标系原点的相对偏移量，相对偏移量为每个局部坐标系的原点在全局坐标系中的坐标，全部子块构成一个不出现裂缝的模型块集合；
[0053] 步骤304、模型纹理分割：对原始模型进行模型纹理分割，分割成与步骤303中子块相对应的纹理块；
[0054] 步骤305、模型贴图优化；
[0055] 需要说明的是，通过优化视景显示三维粗模和虚拟拆装三维精模，将复杂装备车辆虚拟维修场景中邻近类似模型通过塌陷合并以及模型贴图优化来减少计算机内存的消耗，提高复杂装备车辆模型交互实时性。
[0056] 步骤四、建立优化后的虚拟拆装三维精模的虚拟拆装规划序列，过程如下：
[0057] 步骤401、构建虚拟拆装三维精模中拆装对象的多层次关系拆装树模型；
[0058] 步骤402、建立拆装对象的关联关系拆装网络模型；
[0059] 步骤403、生成拆卸割集：以关联关系拆装网络模型为输入，利用关联割集生成算法对关联关系拆装网络模型进行处理，生成拆卸割集；
[0060] 步骤404、获取机械可行性拆卸初定规划序列：对拆卸割集进行机械可行性推理，获取机械可行性拆卸初定规划序列；
[0061] 步骤405、机械可行性拆卸初定规划序列的验证：利用基于时空相关跟踪策略的碰撞实时检测方法对机械可行性拆卸初定规划序列进行验证，剔除干涉，修改机械可行性拆卸初定规划序列，得到机械可行性拆卸最终规划序列；
[0062] 步骤406、获取机械可行性装配最终规划序列：利用反演理论对机械可行性拆卸最终规划序列进行反演，得到机械可行性装配最终规划序列；
[0063] 需要说明的是，建立虚拟分解和装配对象模型及其层次关系，便于后期开展全流程、多层次、多目标的虚拟维修训练，通过建立优化后的虚拟拆装三维精模的虚拟拆装规划序列，被拆解对象的层次关系，又融入描述拆解对象零部件之间相互关联关系规划拆装序列，既较好地体现了拆装对象的结构，减少了各层元件的数量，降低了拆装对象分析复杂度，利用时空相关跟踪策略的碰撞实时检测方法对机械可行性拆卸初定规划序列进行验证，有利于规划各零件节点和组件节点之间的最终拆装顺序。
[0064] 步骤五、构建复杂装备车辆多层次虚拟维修自学习训练模式：将虚拟拆装三维精模中拆装对象的虚拟拆装规划序列与技术原理结合构建各拆装对象的多层次虚拟维修自学习训练模式，并为每个拆装对象的多层次虚拟维修自学习训练模式配备交互展示和音频解说；
[0065] 步骤六、构建复杂装备车辆多层次虚拟维修引导训练模式：对虚拟拆装三维精模中拆装对象的虚拟拆装规划序列中每相邻的两步之间插入一个提示模块，构建各拆装对象的多层次虚拟维修引导训练模式；
[0066] 步骤七、构建复杂装备车辆多层次虚拟维修自主训练模式：利用虚拟拆装三维精模中拆装对象的虚拟拆装规划序列构建各拆装对象的多层次虚拟维修自主训练模式，并将其视为考核评估模式，并为每个拆装对象的多层次虚拟维修自学习训练模式配备计时和过程评错结果；
[0067] 步骤八、复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的集成和封装：利用计算机高级编程语言对复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统进行集成和封装，打包输出EXE执行文件。
[0068] 需要说明的是，通过虚拟拆装规划序列，构建复杂装备车辆多层次虚拟维修自学习训练模式、复杂装备车辆多层次虚拟维修引导训练模式和复杂装备车辆多层次虚拟维修自主训练模式，并对复杂装备车辆多层次虚拟维修训练系统的集成和封装，使用效果好，可有效提高受训人员的受训效果，快速提升其维修保障能力，具有实用、经济、安全、高效和集成化程度高的优点，解决传统的复杂装备车辆维修训练中训练周期长、损耗大、频次低、成本高的难题，因此特别适合在航空、航天、工业、建筑、军事领域的虚拟维修训练的应用。
[0069] 本实施例中，所述复杂装备车辆的视景显示三维粗模包括建筑物，行车道、树木，交通标志、路况。
[0070] 本实施例中，所述复杂装备车辆整车及其各零部件的虚拟拆装三维精模包括整车三维模型、车辆发动机三维模型、车辆底盘三维模型、车辆液压三维模型、车辆传动机构三维模型、车辆电控三维模型、轮毂总成三维模型、轮胎与轮辋组件三维模型、螺母三维模型、开口销三维模型、轴承三维模型、螺栓三维模型、止动垫圈三维模型、支架三维模型、挡板三维模型和制动蹄片三维模型。
[0071] 本实施例中，所述拆装对象的关联关系拆装网络模型中关联关系包括含联轴器连接关系、
螺纹连接关系、键连接关系、铆连接关系、粘接连接关系、销连接关系、焊接连接关系、插入关系和覆盖关系。
[0072] 本实施例中，所述计算机高级编程语言为使用Visual studio 2010编译的C语言。
[0073] 本发明通过建立用于视景显示的粗模和用于复杂装备车辆整车及其各零部件虚拟拆装的精模，避免造成视景显示三维模型太过精细而造成平台显卡内存不足，或者可能造成拆装模型太过简化而造成真实度和沉浸感不足，建立虚拟分解和装配对象模型及其层次关系，便于后期开展全流程、多层次、多目标的虚拟维修训练。
[0074] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
