● 摘要
虚拟现实是一种崭新的计算环境，借助虚拟环境完成虚拟维修在产品设计过程中具有十分重要的价值和广阔的应用前景。虚拟环境的关键特性之一是交互性，航空航天领域的特点决定了虚拟维修对人机交互有更高的要求，如何解决其在目前条件下的适用性已经成为一个瓶颈技术。因此，研究虚拟维修中的人机交互技术既具有重要的理论意义，同时对虚拟维修应用也具有重要的实用价值。本文是作者在国防研究项目的基础上，在虚拟环境人机交互和虚拟维修研究方面的工作总结。以虚拟维修应用需求为驱动，从应用中的实际问题出发，紧紧围绕直接操作这个主题，展开深入的基础研究。首先总结了在虚拟维修工程应用中，完成各个阶段的交互过程中所需要采用的人机交互方式。研究如何对这些方式进行进一步的调整，以实现在虚拟维修中的应用。重点是如何在虚拟维修系统综合应用各种交互方式。针对实际维修中的三维直接操作行为，进行深入分析，给出了虚拟维修操作的交互模式；操作行为是人在生活和生产实践中掌握的基本能力，人们通过维修操作行为完成产品的维修性分析验证和维修工作训练。本文研究利用最直观的虚拟手技术来实现沉浸式虚拟维修的交互操作。提出了三维操作交互系统的总体结构，并相应确定了交互系统的整体技术方案，规划了本系统主要的技术基础。对于实现自然和谐的直接操作这个目标来说，能满足交互要求的对象模型是基础和先决条件，感知机制及感知算法是基础技术。本文提出了基于主动对象的模型建立和感知机制的构造方法；针对虚拟维修直接操作的需要，给出了虚拟对象面向直接操作需要的对象数据模型具体构造方法。然后针对虚拟维修软件实时性提出了主动对象的解决策略和具体的构造方案，构建了对象行为模型。重点讨论了对象间的感知机制和感知算法。要想通过直接操作来达到用户意图理解，从而完成各项维修任务并进一步得到维修设计工艺等信息，需要构造计算机表示的相应维修操作对象和操作行为的确切含义。论文给出了面向虚拟维修人机交互的交互语义。论文最后对某一维修任务进行拆解，对本文构建的模型方法进行了实例应用分析。