题目：面向托卡马克遥操作的虚实融合场景构建与仿真

托卡马克装置是面向下一代核能生产的可控核聚变核心设施。托卡马克运行环境具有强辐射、超高温、高真空的特点，需要高精度、高可靠的遥操作维护手段；机械臂、机械手、转运车等维护机构，需要以虚实融合场景作为托卡马克遥操作的试验环境。本论文依托相关科研项目，根据虚实试验场景构建与机械臂遥操作仿真的研发任务需求，调研分析了国内外相关研究现状及其发展趋势，重点开展了面向托卡马克遥操作的虚实融合场景构建及仿真的设计与实现，主要包括以下研究开发工作：

1）设计并实现了面向托卡马克遥操作的虚实试验场景构建。首先分析了托卡马克运行环境的主要维护任务，针对托卡马克装置、机械臂、运行环境及其配套设施，开展了建模素材获取与编辑、三维模型构建与组织、虚拟场景构建与管理等方面的研究开发；然后利用图像视频素材与模型纹理映射，生成了托卡马克运行环境的模拟视频场景；最后设计并实现了基于标识物的虚实三维注册，将虚拟场景融入到托卡马克运行环境的模拟视频场景，建立了面向托卡马克遥操作的虚实融合试验场景。

2）设计并实现了机械臂的三维建模及其遥操作过程仿真。结合上述虚实融合试验场景，将机械臂及有关设备的CAD数据转化为具有层次结构的三维几何数据，设计并构建了机械臂及有关设备的三维模型；利用上述托卡马克运行环境的模拟视频场景与虚实三维注册的虚实映射关系，实现了三维虚拟机械臂与托卡马克模拟视频场景之间的空间遮挡关系判定和碰撞检测处理；最后根据机械臂的交互控制及其遥操作的过程描述，实现三维虚拟机械臂在托卡马克模拟视频场景的遥操作仿真。

基于上述研究开发工作，构建了关于托卡马克装置、机械臂、运行环境及其配套设施的近200个三维模型，研制了包括集成框架、传输协议、通讯服务等软件模块的托卡马克遥操作虚拟试验演示系统，完成了托卡马克室的全向检测操作试验，为进一步开展石墨瓦更换、包层模块更换、转运车对接等操作试验提供了研发基础。本论文的研究开发工作量达1.5万行C++源代码。