基于虛擬現(xiàn)實(shí)的連鑄系統(tǒng)交互技術(shù)研究

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1、中圖分類號(hào)：TP391.9論文編號(hào)：2017311117UDC：密級(jí)：公開碩士學(xué)位論文基于虛擬現(xiàn)實(shí)的連鑄系統(tǒng)交互技術(shù)研究作者姓名：張凱峰學(xué)科名稱：控制工程研究方向：信息化技術(shù)學(xué)習(xí)單位：華北理工大學(xué)學(xué)制:2.5年提交日期:2017年12月4日申請(qǐng)學(xué)位類別：工程碩士導(dǎo)師姓名：谷學(xué)靜教授單位：華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院李杰高工單位：唐山供電公司論文評(píng)閱人：郭建波教授單位：唐山學(xué)院湯小嬌副教授單位：唐山學(xué)院論文答辯日期：2018年3月3日答辯委員會(huì)主席：趙春祥研究員關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；人機(jī)交互；手勢(shì)識(shí)別；碰撞檢測(cè)；網(wǎng)絡(luò)通信唐山華北理工大學(xué)2018年3月InteractiveTec

2、hnologyResearchofContinuousCastingSystemBasedonVirtualRealityDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringbyZhangKaifeng(ControlEngineering)ProfessorGuXuejingSupervisor:LiJieMarch,2018獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明本人鄭重聲明：所呈

3、交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得華北理工大學(xué)以外其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文作者簽名：日期：年月日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解華北理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：已獲學(xué)位的研究生必須按學(xué)校規(guī)定提交學(xué)位論文，學(xué)校有權(quán)保留、送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容采用影印、縮印或編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行公

4、開、檢索和交流。作者和導(dǎo)師同意論文公開及網(wǎng)上交流的時(shí)間：√□自授予學(xué)位之日起□自年月日起作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要摘要傳統(tǒng)的連鑄設(shè)備操作培訓(xùn)主要以理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)場(chǎng)跟班為主。受設(shè)備運(yùn)行成本和現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)因素制約，大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)難以進(jìn)行。為此，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的連鑄系統(tǒng)。連鑄系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)在連鑄設(shè)備操作培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用，滿足鋼廠員工和冶金專業(yè)學(xué)生進(jìn)行連鑄設(shè)備操作練習(xí)的需求。交互技術(shù)對(duì)促進(jìn)學(xué)習(xí)者與培訓(xùn)系統(tǒng)有效交互、滿足連鑄操作類技能培訓(xùn)的要求具有重要意義。在分析系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了連鑄系統(tǒng)的整體功能架構(gòu)和交互模式。為增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)

5、境的沉浸感，研究了基于Unity3D的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境開發(fā)技術(shù)，包括三維模型構(gòu)建和3D音效，并使用HTCVive頭盔及手柄作為3D顯示設(shè)備和場(chǎng)景交互的控制器。根據(jù)連鑄設(shè)備的操作特點(diǎn)，提出了基于手勢(shì)識(shí)別和碰撞檢測(cè)的連鑄設(shè)備操作方法。研究了手勢(shì)識(shí)別和相關(guān)硬件技術(shù)。使用LeapMotion作為手部姿態(tài)數(shù)據(jù)的采集設(shè)備。自定義了系統(tǒng)操作手勢(shì)，并確定了手勢(shì)識(shí)別的特征向量。研究了手勢(shì)識(shí)別的相關(guān)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并采用SVM分類器進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別。在研究碰撞檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上，提出了基于射線法和包圍盒法的碰撞檢測(cè)方法。為使多個(gè)學(xué)習(xí)者能在同一個(gè)虛擬場(chǎng)景中操作設(shè)備，設(shè)計(jì)了分布式虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)通信模塊。

6、研究并確定了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議，設(shè)計(jì)了基于PUN和PhotonServer的客戶端交互數(shù)據(jù)收發(fā)及服務(wù)器端數(shù)據(jù)分發(fā)和管理程序。設(shè)計(jì)了基于SQLServer2014的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和交互性教學(xué)指導(dǎo)功能。系統(tǒng)基于Unity3D和HTCVive實(shí)現(xiàn)了虛擬連鑄環(huán)境構(gòu)建和漫游功能?；贚eapMotion和SVM分類器實(shí)現(xiàn)了手勢(shì)識(shí)別功能，識(shí)別正確率可達(dá)96.2%，并進(jìn)一步通過(guò)碰撞檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了虛擬連鑄設(shè)備的操作功能。利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)學(xué)習(xí)者在同一場(chǎng)景內(nèi)的協(xié)作訓(xùn)練。基于SQLServer2014實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能和交互性教學(xué)指導(dǎo)功能。連鑄系統(tǒng)通過(guò)有效、自然的人機(jī)交互方法，

7、為連鑄設(shè)備操作培訓(xùn)提供了一個(gè)新的途徑。圖43幅；表10個(gè)；參58篇。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；人機(jī)交互；手勢(shì)識(shí)別；碰撞檢測(cè)；網(wǎng)絡(luò)通信分類號(hào)：TP391.9-I-華北理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractTraditionalcontinuouscastingequipmentoperationtrainingismainlybasedontheoreticalstudyandfieldpractice.Itisdifficulttocarryoutlarge-scaletrainingforlongtimeduetotheoperationcostofthee