CN104732864A - 一种基于增强现实的喷涂模拟方法及模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于增强现实的喷涂模拟方法及模拟系统，包括动作采集器实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态；控制器根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果；管理器存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，显示器显示喷涂效果和评估结果。本发明实现了操作者在仿真的模拟环境下安全环保地进行喷涂技能的训练，能够感受到真实的喷涂过程，并根据评估结果快速提高喷涂技能，将其转化应用到实际的喷涂工作中，且训练成本低，训练场地无限制。
Description
技术领域
本发明涉及喷涂操作训练领域，特别涉及一种基于增强现实的喷涂模拟方法及模拟系统。
背景技术
随着我国经济的飞速发展以及人民生活水平的进一步提高，喷涂技术在汽车、船舶等领域的应用已经非常普及，因此对高素质的喷涂技术人员的需求越来越大，同时，随着喷涂材料和技术的科技含量不断提高，对喷涂技术人员的综合素质要求也在提高。目前传统真实喷涂技术训练存在训练成本高、对人体和环境造成危害、训练场地受限制和训练效率低等诸多缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于增强现实的喷涂模拟方法及模拟系统，解决现有技术中存在的上述问题。
增强现实技术是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，如视觉、声音、味道和/或触觉等信息,通过模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知的新技术。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于增强现实的喷涂模拟方法，包括如下步骤：
步骤1：动作采集器实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态；
步骤2：控制器根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果；
步骤3：管理器存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，显示器显示喷涂效果和评估结果。
本发明的有益效果是：操作者在仿真的模拟环境下安全环保地进行喷涂技能的训练，能够感受到真实的喷涂过程，并根据评估结果快速提高喷涂技能，将其转化应用到实际的喷涂工作中，且训练成本低，训练场地无限制。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述物件包括安装于支撑架的实体物件，或通过显示器显示的虚拟物件。
进一步，所述步骤1包括：电位器实时采集操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作；广角摄像头实时捕捉喷枪前端的光球，采集喷枪的位置；九轴传感器实时采集喷枪的姿态。
进一步，所述步骤2包括：控制器根据所述操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作和喷枪的位置及姿态，计算喷涂过程中涂料的出料情况；并根据牛顿力学定律建立刚体动力学模型，根据流体动力学中的纳维-斯托克斯方程离散流体所在区域，利用有限差分法解算包括涂料的流挂过程的喷涂效果。
进一步，所述步骤3包括：管理器存储和评估所述操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作、喷枪的位置及姿态和包括涂料的流挂过程的喷涂效果，评估结果包括操作者在喷涂时的各项技能参数评分、喷涂效果的厚薄程度的评分及不同颜色图标和喷涂效果的不同厚薄程度的百分比统计数据，并将所述评估结果传输至显示器进行显示；控制器将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果传输至投影显示设备，所述投影显示设备将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果投影显示于实体物件上，或控制器将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果传输至显示器，显示于显示器中虚拟物件相应位置。
本发明的另一技术方案如下：
一种基于增强现实的喷涂模拟系统，包括物件、喷枪、动作采集器、控制器、管理器和显示器；
所述物件，其用于模拟喷涂实物；
所述喷枪，其用于模拟真实操作；
所述动作采集器，其用于实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态；
所述控制器，其用于根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果；
所述管理器，其用于存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，评估结果包括操作者在喷涂时的各项技能参数评分、喷涂效果的厚薄程度的评分及不同颜色图标和喷涂效果的不同厚薄程度的百分比统计数据，并将所述评估结果传输至显示器；
所述显示器，其用于显示所述喷涂效果和评估结果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述物件包括安装于支撑架的实体物件，或通过显示器显示的虚拟物件。
进一步，所述动作采集器包括电位器、广角摄像头和九轴传感器；
所述电位器，其用于实时采集操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作；
所述广角摄像头，其用于实时捕捉喷枪前端的光球，采集喷枪的位置；
所述九轴传感器，其用于实时采集喷枪的姿态。
进一步，还包括投影显示设备，其用于接收控制器传输的喷涂效果，将所述喷涂效果投影显示于实体物件上。
进一步，还包括3D交互摇杆和音响设备；
所述3D交互摇杆，其用于实现操作者对显示器中显示的喷涂效果的三维视角和/或缩放转换的操作；
所述音响设备，其用于对操作者提供虚拟环境的听觉效果。
附图说明
图1为本发明一种基于增强现实的喷涂模拟方法的方法流程图；
图2为本发明一种基于增强现实的喷涂模拟系统的喷枪实体图；
图3为本发明一种基于增强现实的喷涂模拟系统的电路框架示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、喷枪涂料量调节旋钮，2、喷枪气压调节旋钮，3、风帽，4、喷枪扇幅调节旋钮，5、喷枪校正旋钮，6、喷枪连接点亮按钮,7、光球。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于增强现实的喷涂模拟方法，包括如下步骤：
步骤1：动作采集器实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态。
所述物件包括安装于支撑架的实体物件，或通过显示器显示的虚拟物件。操作者有两种喷涂模拟模式，分别是对实体物件进行的实物喷涂模拟，或对虚拟物件进行的虚拟喷涂模拟。
所述喷枪如图2所示，包括喷枪涂料量调节旋钮1、喷枪气压调节旋钮2、风帽3、喷枪扇幅调节旋钮4、喷枪校正旋钮5、喷枪连接点亮按钮6和光球7。
所述动作采集器包括电位器、广角摄像头和九轴传感器。
所述步骤1包括：电位器实时采集操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作；广角摄像头实时捕捉喷枪前端的光球7，采集喷枪的位置；九轴传感器实时采集喷枪的姿态。
步骤2：控制器根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果。
所述步骤2包括：控制器根据所述操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作和喷枪的位置及姿态，计算喷涂过程中涂料的出料情况；并根据牛顿力学定律建立刚体动力学模型，根据流体动力学中的纳维-斯托克斯方程离散流体所在区域，利用有限差分法解算包括涂料的流挂过程的喷涂效果。
涂料的出料情况包括出料量的大小、出料量的喷射气压和出料的喷射范围等；当操作者旋转喷枪涂料量调节旋钮1后，出料量的大小将作相应变化；旋转喷枪气压调节旋钮2后，出料量的喷射气压将作相应变化；当喷枪距离物件的位置及相对物件的倾角姿态发生变化后，出料的喷射范围将作相应变化。
步骤3：管理器存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，显示器显示喷涂效果和评估结果。
所述步骤3包括：管理器存储和评估所述操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作、喷枪的位置及姿态和包括涂料的流挂过程的喷涂效果。评估结果包括操作者在喷涂时的各项技能参数评分，如针对喷枪水平及垂直倾角、喷枪嘴到工件的距离和走枪速度等所有技能参数的总评分和各项技能参数的单项评分；喷涂效果的厚薄程度的评分及不同颜色图标，如红色为过厚、黄色为较厚、绿色为标准、蓝色为较薄和黑色为喷漏；和喷涂效果的不同厚薄程度的百分比统计数据；并将所述评估结果传输至显示器进行显示。控制器将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果传输至投影显示设备，所述投影显示设备将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果投影显示于实体物件上；或控制器将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果传输至显示器，显示于显示器中虚拟物件相应位置。
如图3所示，一种基于增强现实的喷涂模拟系统，包括物件、喷枪、动作采集器、控制器、管理器和显示器。
所述物件，其用于模拟喷涂实物。包括安装于支撑架的实体物件，或通过显示器显示的虚拟物件。
所述喷枪，其用于模拟真实操作。
所述动作采集器，其用于实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态；
所述动作采集器包括电位器、广角摄像头和九轴传感器；
所述电位器，其用于实时采集操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作；
所述广角摄像头，其用于实时捕捉喷枪前端的光球7，采集喷枪的位置；
所述九轴传感器，其用于实时采集喷枪的姿态。
所述控制器，其用于根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果。
所述管理器，其用于存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，评估结果包括操作者在喷涂时的各项技能参数评分、喷涂效果的厚薄程度的评分及不同颜色图标和喷涂效果的不同厚薄程度的百分比统计数据，并将所述评估结果传输至显示器。
所述显示器，其用于显示所述喷涂效果和评估结果。
所述投影显示设备，其用于接收控制器传输的喷涂效果，将所述喷涂效果投影显示于实体物件上。
所述3D交互摇杆，其用于实现操作者对显示器中显示的喷涂效果的三维视角和/或缩放转换的操作。3D交互摇杆进行上下左右的操作来控制显示器屏幕的焦点或者虚拟喷涂模拟中广角摄像头的旋转，实现喷涂效果的三维视角转换；进行顺时针和逆时针转动，实现喷涂效果的缩放。
所述音响设备，其用于对操作者提供虚拟环境的听觉效果。采用环绕立体声的音响设备，配合喷涂过程中所产生的声音的同时，还可以仿真现场工作的各种声音，使操作者的沉浸性更强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于增强现实的喷涂模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：动作采集器实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态；
步骤2：控制器根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果；
步骤3：管理器存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，显示器显示喷涂效果和评估结果。
2.根据权利要求1所述一种基于增强现实的喷涂模拟方法，其特征在于，所述物件包括安装于支撑架的实体物件，或通过显示器显示的虚拟物件。
3.根据权利要求2所述一种基于增强现实的喷涂模拟方法，其特征在于，所述步骤1包括：电位器实时采集操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作；广角摄像头实时捕捉喷枪前端的光球，采集喷枪的位置；九轴传感器实时采集喷枪的姿态。
4.根据权利要求3所述一种基于增强现实的喷涂模拟方法，其特征在于，所述步骤2包括：控制器根据所述操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作和喷枪的位置及姿态，计算喷涂过程中涂料的出料情况；并根据牛顿力学定律建立刚体动力学模型，根据流体动力学中的纳维-斯托克斯方程离散流体所在区域，利用有限差分法解算包括涂料的流挂过程的喷涂效果。
5.根据权利要求4所述一种基于增强现实的喷涂模拟方法，其特征在于，所述步骤3包括：管理器存储和评估所述操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作、喷枪的位置及姿态和包括涂料的流挂过程的喷涂效果，评估结果包括操作者在喷涂时的各项技能参数评分、喷涂效果的厚薄程度的评分及不同颜色图标和喷涂效果的不同厚薄程度的百分比统计数据，并将所述评估结果传输至显示器进行显示；控制器将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果传输至投影显示设备，所述投影显示设备将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果投影显示于实体物件上，或控制器将所述包括涂料的流挂过程的喷涂效果传输至显示器，显示于显示器中虚拟物件相应位置。
6.一种基于增强现实的喷涂模拟系统,其特征在于，包括物件、喷枪、动作采集器、控制器、管理器和显示器；
所述物件，其用于模拟喷涂实物；
所述喷枪，其用于模拟真实操作；
所述动作采集器，其用于实时捕捉操作者喷涂物件时操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态；
所述控制器，其用于根据所述操作喷枪的动作和喷枪的位置及姿态，结合刚体动力学和流体动力学模型计算喷涂效果；
所述管理器，其用于存储和评估所述操作喷枪的动作、喷枪的位置及姿态和喷涂效果，评估结果包括操作者在喷涂时的各项技能参数评分、喷涂效果的厚薄程度的评分及不同颜色图标和喷涂效果的不同厚薄程度的百分比统计数据，并将所述评估结果传输至显示器；
所述显示器，其用于显示所述喷涂效果和评估结果。
7.根据权利要求6所述一种基于增强现实的喷涂模拟系统，其特征在于，所述物件包括安装于支撑架的实体物件，或通过显示器显示的虚拟物件。
8.根据权利要求7所述一种基于增强现实的喷涂模拟系统，其特征在于，所述动作采集器包括电位器、广角摄像头和九轴传感器；
所述电位器，其用于实时采集操作喷枪过程中调节喷枪功能旋钮和/或扣动喷枪扳机的动作；
所述广角摄像头，其用于实时捕捉喷枪前端的光球，采集喷枪的位置；
所述九轴传感器，其用于实时采集喷枪的姿态。
9.根据权利要求8所述一种基于增强现实的喷涂模拟系统，其特征在于，还包括投影显示设备，其用于接收控制器传输的喷涂效果，将所述喷涂效果投影显示于实体物件上。
10.根据权利要求9所述一种基于增强现实的喷涂模拟系统，其特征在于，还包括3D交互摇杆和音响设备；
所述3D交互摇杆，其用于实现操作者对显示器中显示的喷涂效果的三维视角和/或缩放转换的操作；
所述音响设备，其用于对操作者提供虚拟环境的听觉效果。
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Denomination of invention: A spray simulation method and system based on Augmented Reality Effective date of registration: 20220121 Granted publication date: 20171219 Pledgee: Wuhan area branch of Hubei pilot free trade zone of Bank of China Ltd. Pledgor: WUHAN ONEW TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022420000024 |
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Date of cancellation: 20230424 Granted publication date: 20171219 Pledgee: Wuhan area branch of Hubei pilot free trade zone of Bank of China Ltd. Pledgor: WUHAN ONEW TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022420000024 |
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