基于混合现实的直升机后缘襟翼控制虚拟仿真平台设计与开发
这是一篇关于后缘襟翼,实时仿真,混合现实,WPF,HoloLens,Unity3D的论文, 主要内容为在直升机研究领域,振动问题一直存在,严重时会影响机体寿命和驾驶员健康状态,而带有主动控制后缘襟翼(Actively Controlled Trailing Edge Flap,ACF)的直升机旋翼是降低振动水平的最有力的方法之一。在直升机后缘襟翼控制的前期理论研究中,缺乏统一的仿真平台进行数据管理和三维可视化显示,本文将微软Holo Lens混合现实技术与实时仿真技术相结合,搭建了综合性的仿真平台,致力于为直升机后缘襟翼控制理论研究提供一种新型的仿真验证环境,实现直升机后缘襟翼控制的实时仿真验证、仿真数据管理、全息视景演示和人机交互等功能。本文通过设计仿真平台总体方案,完成主控软件、混合现实全息视景和人机交互系统的研发工作,主要研究内容如下:(1)针对直升机后缘襟翼控制实时仿真和混合现实全息显示功能,对仿真平台功能和性能需求进行分析,设计了混合现实虚拟仿真平台的总体方案,包括平台功能结构设计以及软硬件开发环境选择。(2)针对仿真平台数据管理和监控需求,基于微软WPF(Windows Presentation Foundation)技术,结合MVVM Light开源框架开发上位机主控软件。基于Simulink Real-Time实时仿真技术开发了实时仿真模块,实现了实时仿真过程的控制和管理功能;基于TCP/IP协议和Protobuf-net序列化技术开发了服务端网络通信模块,实现了与Holo Lens客户端之间的仿真数据传输功能;基于SQL Server开发了数据库管理模块,实现了对仿真数据的存储与读取功能。(3)针对直升机后缘襟翼控制仿真可视化需求,基于Unity3D游戏引擎开发了全息视景内容。基于混合现实工具包(Mixed Reality Toolkit,MRTK)开发了全息UI界面;基于TCP/IP协议开发了客户端网络通信模块,接收主控软件发送过来的实时仿真数据,实现了基于数据驱动的全息视景演示效果。(4)针对仿真平台人机交互功能需求,基于MRTK开发了包含手势、语音和凝视交互在内的人机交互系统,同时为了方便非Holo Lens用户体验混合现实内容,开发了基于Vuforia和ARCore的第三人称视角展示功能。最后,建立了直升机旋翼动力学标称模型,在实时环境下进行了基于H∞最优控制的直升机后缘襟翼控制仿真实验,仿真结果验证了本平台的实时性和功能可靠性。同时,进行了混合现实第三人称视角演示实验,验证了空间定位和位置状态同步功能的有效性。
基于混合现实技术的联网实景骑行训练系统设计与开发
这是一篇关于实景骑行,蓝牙4.0,ANT+,混合现实,服务器的论文, 主要内容为智能骑行台配合PC端的骑行训练系统模拟出了具有一定真实感的户外骑行效果,代替原先的机械式骑行台成为了自行车圈中热门的训练方式。随着信息技术的快速发展,用户对骑行训练系统也提出了更高的要求。现有的智能骑行训练系统提供的3D虚拟场景骑行模式,不符合用户实景骑行的喜好,并且国内的骑行台还无法模拟出真实的路感,缺乏真实感与趣味性。因此,开发更丰富、更有趣的新骑行训练模式,以及创造基于混合现实的更真实、更精确的实景骑行体验,是用户对骑行训练系统新的需求。针对这些需求,结合相关原理设计并开发了基于混合现实技术的联网实景骑行训练系统。本文的研究内容如下:1.设计了基于混合现实技术的实景运动控制算法。该算法利用混合现实技术模拟出真实的场景运动效果。依据边缘检测、Hough变换和透视逆变换等相关原理和技术开发了一套实景视频处理算法。在多人联网比赛模式下,将可见范围内其他骑行用户虚拟形象实时的插入实景视频中,实现了追逐与被赶超效果。2.设计并开发了一套联网实景骑行系统,包括设计其通信方式、服务器框架和后台功能模块。为了更好的兼容逐渐被智能健身领域广泛采用的ANT+无线通信协议,设计了由蓝牙4.0和ANT+协议构成的双协议通信方式进行上下位机之间的数据交互。在原有的单人骑行训练模式下,利用网络通信的原理和网络游戏的房间制作等相关技术,搭建了服务器框架和客户端功能模块,实现了多人同场竞技的功能。3.对联网实景骑行训练系统进行了各功能模块和系统整体的测试。测试结果表明本系统在实现功能需求的同时,还具有良好的易用性、可靠性和可维护性。双协议通讯能实时传输并正确解析训练数据,且延时低于1毫秒;实景训练系统可以模拟出真实、流畅的实景骑行画面;服务器在负载大于200的情况下依然能保持良好的性能。
基于混合现实的直升机后缘襟翼控制虚拟仿真平台设计与开发
这是一篇关于后缘襟翼,实时仿真,混合现实,WPF,HoloLens,Unity3D的论文, 主要内容为在直升机研究领域,振动问题一直存在,严重时会影响机体寿命和驾驶员健康状态,而带有主动控制后缘襟翼(Actively Controlled Trailing Edge Flap,ACF)的直升机旋翼是降低振动水平的最有力的方法之一。在直升机后缘襟翼控制的前期理论研究中,缺乏统一的仿真平台进行数据管理和三维可视化显示,本文将微软Holo Lens混合现实技术与实时仿真技术相结合,搭建了综合性的仿真平台,致力于为直升机后缘襟翼控制理论研究提供一种新型的仿真验证环境,实现直升机后缘襟翼控制的实时仿真验证、仿真数据管理、全息视景演示和人机交互等功能。本文通过设计仿真平台总体方案,完成主控软件、混合现实全息视景和人机交互系统的研发工作,主要研究内容如下:(1)针对直升机后缘襟翼控制实时仿真和混合现实全息显示功能,对仿真平台功能和性能需求进行分析,设计了混合现实虚拟仿真平台的总体方案,包括平台功能结构设计以及软硬件开发环境选择。(2)针对仿真平台数据管理和监控需求,基于微软WPF(Windows Presentation Foundation)技术,结合MVVM Light开源框架开发上位机主控软件。基于Simulink Real-Time实时仿真技术开发了实时仿真模块,实现了实时仿真过程的控制和管理功能;基于TCP/IP协议和Protobuf-net序列化技术开发了服务端网络通信模块,实现了与Holo Lens客户端之间的仿真数据传输功能;基于SQL Server开发了数据库管理模块,实现了对仿真数据的存储与读取功能。(3)针对直升机后缘襟翼控制仿真可视化需求,基于Unity3D游戏引擎开发了全息视景内容。基于混合现实工具包(Mixed Reality Toolkit,MRTK)开发了全息UI界面;基于TCP/IP协议开发了客户端网络通信模块,接收主控软件发送过来的实时仿真数据,实现了基于数据驱动的全息视景演示效果。(4)针对仿真平台人机交互功能需求,基于MRTK开发了包含手势、语音和凝视交互在内的人机交互系统,同时为了方便非Holo Lens用户体验混合现实内容,开发了基于Vuforia和ARCore的第三人称视角展示功能。最后,建立了直升机旋翼动力学标称模型,在实时环境下进行了基于H∞最优控制的直升机后缘襟翼控制仿真实验,仿真结果验证了本平台的实时性和功能可靠性。同时,进行了混合现实第三人称视角演示实验,验证了空间定位和位置状态同步功能的有效性。
基于HoloLens的三维测量混合现实系统的设计与开发
这是一篇关于混合现实,实验教学,三维测量,HoloLens的论文, 主要内容为混合现实(Mixed Reality,MR)是虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术的升级,通过在虚拟环境中引入现实场景信息,搭建了虚拟世界、现实世界和用户之间交互反馈的信息桥梁,打破了真实世界与虚拟世界的界限,拓展了人们对虚拟世界的认知,给各个行业的发展都带来了巨大的影响。在实验教学方面存在学生人数过多、配套的实验设备数量有限、实验教学时间较短的问题,严重影响了教学质量。虽然有不少国内外学者将虚拟现实应用在实验教学中,开发出了虚拟实验室,解决了一些传统实验教学存在的问题,但虚拟现实呈现的是完全虚拟的世界,不能与真实设备进行交互。而混合现实将虚拟物体与现实世界相结合,并具备多种交互方式,可以尽可能还原实际实验的过程。因此,本文将混合现实与三维测量实验设备相结合,开发了三维测量混合现实实验系统,这种虚实结合的实验教学系统不仅能弥补传统实验教学的不足,还能提高学生的学习兴趣。本文主要工作包括:1.总结实验教学存在的问题,探讨混合现实在国内外教育教学中的应用,分析混合现实的优势,明确了混合现实应用在实验教学中的意义。2.利用不同的建模工具制作了实验所需的仪器模型,对模型优化算法边塌陷法进行了研究,并利用其对所建模型进行了优化,提升了系统运行时的流畅性。3.使用烘焙、调节相机设置等相关的优化手段,对三维测量系统在HoloLens运行中的流畅性进行了优化,并对系统进行了相关的测试。4.对包围盒碰撞算法进行了详细研究,并将其应用在系统中,实现测量点的选择和系统的开发。设计并实现了多种人机交互方式,并且通过凝视配合语音指令的方式,完成测量点的选择。还对语音指令进行了测试,能满足实际需求。5.设计并实现了三维测量混合现实系统。通过手势交互可以了解设备的结构和作用,能与实验模型进行手势交互,还能根据虚拟按钮的交互提示进行三维测量实验,完成系统标定、被测物体图片采集、物体的三维重构以及选点并显示测量长度等实验步骤。针对实际的实验课程开发了理论知识学习模块。通过对系统的应用反馈,证实本系统在提高学生学习效果上有一定的作用。
基于混合现实技术的联网实景骑行训练系统设计与开发
这是一篇关于实景骑行,蓝牙4.0,ANT+,混合现实,服务器的论文, 主要内容为智能骑行台配合PC端的骑行训练系统模拟出了具有一定真实感的户外骑行效果,代替原先的机械式骑行台成为了自行车圈中热门的训练方式。随着信息技术的快速发展,用户对骑行训练系统也提出了更高的要求。现有的智能骑行训练系统提供的3D虚拟场景骑行模式,不符合用户实景骑行的喜好,并且国内的骑行台还无法模拟出真实的路感,缺乏真实感与趣味性。因此,开发更丰富、更有趣的新骑行训练模式,以及创造基于混合现实的更真实、更精确的实景骑行体验,是用户对骑行训练系统新的需求。针对这些需求,结合相关原理设计并开发了基于混合现实技术的联网实景骑行训练系统。本文的研究内容如下:1.设计了基于混合现实技术的实景运动控制算法。该算法利用混合现实技术模拟出真实的场景运动效果。依据边缘检测、Hough变换和透视逆变换等相关原理和技术开发了一套实景视频处理算法。在多人联网比赛模式下,将可见范围内其他骑行用户虚拟形象实时的插入实景视频中,实现了追逐与被赶超效果。2.设计并开发了一套联网实景骑行系统,包括设计其通信方式、服务器框架和后台功能模块。为了更好的兼容逐渐被智能健身领域广泛采用的ANT+无线通信协议,设计了由蓝牙4.0和ANT+协议构成的双协议通信方式进行上下位机之间的数据交互。在原有的单人骑行训练模式下,利用网络通信的原理和网络游戏的房间制作等相关技术,搭建了服务器框架和客户端功能模块,实现了多人同场竞技的功能。3.对联网实景骑行训练系统进行了各功能模块和系统整体的测试。测试结果表明本系统在实现功能需求的同时,还具有良好的易用性、可靠性和可维护性。双协议通讯能实时传输并正确解析训练数据,且延时低于1毫秒;实景训练系统可以模拟出真实、流畅的实景骑行画面;服务器在负载大于200的情况下依然能保持良好的性能。
基于混合现实的直升机后缘襟翼控制虚拟仿真平台设计与开发
这是一篇关于后缘襟翼,实时仿真,混合现实,WPF,HoloLens,Unity3D的论文, 主要内容为在直升机研究领域,振动问题一直存在,严重时会影响机体寿命和驾驶员健康状态,而带有主动控制后缘襟翼(Actively Controlled Trailing Edge Flap,ACF)的直升机旋翼是降低振动水平的最有力的方法之一。在直升机后缘襟翼控制的前期理论研究中,缺乏统一的仿真平台进行数据管理和三维可视化显示,本文将微软Holo Lens混合现实技术与实时仿真技术相结合,搭建了综合性的仿真平台,致力于为直升机后缘襟翼控制理论研究提供一种新型的仿真验证环境,实现直升机后缘襟翼控制的实时仿真验证、仿真数据管理、全息视景演示和人机交互等功能。本文通过设计仿真平台总体方案,完成主控软件、混合现实全息视景和人机交互系统的研发工作,主要研究内容如下:(1)针对直升机后缘襟翼控制实时仿真和混合现实全息显示功能,对仿真平台功能和性能需求进行分析,设计了混合现实虚拟仿真平台的总体方案,包括平台功能结构设计以及软硬件开发环境选择。(2)针对仿真平台数据管理和监控需求,基于微软WPF(Windows Presentation Foundation)技术,结合MVVM Light开源框架开发上位机主控软件。基于Simulink Real-Time实时仿真技术开发了实时仿真模块,实现了实时仿真过程的控制和管理功能;基于TCP/IP协议和Protobuf-net序列化技术开发了服务端网络通信模块,实现了与Holo Lens客户端之间的仿真数据传输功能;基于SQL Server开发了数据库管理模块,实现了对仿真数据的存储与读取功能。(3)针对直升机后缘襟翼控制仿真可视化需求,基于Unity3D游戏引擎开发了全息视景内容。基于混合现实工具包(Mixed Reality Toolkit,MRTK)开发了全息UI界面;基于TCP/IP协议开发了客户端网络通信模块,接收主控软件发送过来的实时仿真数据,实现了基于数据驱动的全息视景演示效果。(4)针对仿真平台人机交互功能需求,基于MRTK开发了包含手势、语音和凝视交互在内的人机交互系统,同时为了方便非Holo Lens用户体验混合现实内容,开发了基于Vuforia和ARCore的第三人称视角展示功能。最后,建立了直升机旋翼动力学标称模型,在实时环境下进行了基于H∞最优控制的直升机后缘襟翼控制仿真实验,仿真结果验证了本平台的实时性和功能可靠性。同时,进行了混合现实第三人称视角演示实验,验证了空间定位和位置状态同步功能的有效性。
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