CN114360314A - 一种机械装配培训系统、开发方法、培训方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种机械装配培训系统、开发方法、培训方法及存储介质。所述培训系统用于运行于VR设备，所述培训系统包括：数据模块，用于存储数据信息，所述数据信息包括但不限于三维模型场景数据、用户信息数据、考试题库数据、操作日志数据；逻辑计算模块，用于以C/S架构方式从所述数据模块调取目标数据，并基于至少部分所述目标数据进行逻辑计算，所述逻辑计算包括但不限于：物理引擎计算、可见性计算、动态加载、实时渲染；功能界面模块，用于提供所述培训系统的操作界面，以便教师用户和学生用户根据相应用户身份进行相应操作。本系统能促进学生对装配任务的理解和感知，提高学生汲取知识和掌握技能的效率，进而改善培训效果。
Description
技术领域
本申请涉及虚拟现实及培训技术领域，更为具体来说，本申请涉及一种机械装配培训系统、开发方法、培训方法及存储介质。
背景技术
在传统的机械装配培训中，装配者通过分析二维的工程图纸及装配工艺来识别装配任务，这种培训方式获得的任务信息有限，不接触操作，学习内容较为抽象。
近年来，随着虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)设备的兴起，虚拟现实的种种应用渐渐走进了人的生活，对机械零件的虚拟装配体验需求也越来越多。基于虚拟环境下沉浸式的操作培训可以不受场地、产品实物限制，通过三维模型渲染和逼近真实环境的场景构建。然而，培训效果并不乐观，因为良好的培训效果受制于培训系统。
发明内容
基于上述技术问题，本发明旨在提供一种机械装配培训系统，用于运行于VR设备，所述系统包括数据模块、逻辑计算模块及功能界面模块。
本发明第一方面提供了一种机械装配培训系统，所述培训系统用于运行于VR设备，所述培训系统包括：
数据模块，所述数据模块用于存储数据信息，所述数据信息包括但不限于三维模型场景数据、用户信息数据、考试题库数据、操作日志数据；
逻辑计算模块，所述逻辑计算模块用于以C/S架构方式从所述数据模块调取目标数据，并基于至少部分所述目标数据进行逻辑计算，所述逻辑计算包括但不限于：物理引擎计算、可见性计算、动态加载、实时渲染；
功能界面模块，用于提供所述培训系统的操作界面，以便教师用户和学生用户根据相应用户身份进行相应操作。
进一步地，所述数据模块还用于根据所述用户信息数据识别所述用户身份，并根据所述用户身份提供所述目标数据。
具体地，所述目标数据包括教师类数据和学生类数据，所述教师用户与所述教师类数据对应、所述学生用户与所述学生类用户对应。
本发明第二方面提供了所述机械装配培训系统的开发方法，所述开发方法包括：
构建简化的三维模型；
对所述三维模型进行场景效果设置，获得三维场景；
对所述三维场景进行开发，所述开发包括但不限于模型数据处理开发、碰撞检测开发、装配序列规划开发；
进行功能模式开发，所述功能模式包括但不限于培训模式、练习模式、考试模式。
具体地，模型数据处理开发包括但不限于调配模型材质、简化模型数量、调整模型轴心、调整模型轴向、调整模型面阀值。
优选地，所述碰撞检测开发为基于优化的碰撞检测算法在三维场景中进行碰撞检测；所述优化的碰撞检测算法包括：
计算出第一点的坐标，过第一点作垂线段记为第一直线，计算所述第一直线与场景的交点记作第二点；
在竖直方向上赋给第二点以增量得到第三点，过第三点作一条与连接第一视点且与第一点平行的直线记为第二直线；
若所述第二直线与场景中物体不存在交点，证明第一视点可以移动到第二视点，否则不移动。
进一步优选地，所述装配序列规划开发为基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列；所述基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列包括：
获取步骤，获取待装配零件链接图；
赋值步骤，对所述待装配零件链接图中所有属于某一环的边进行装配关系密切值赋值；
破圈步骤，取赋值后零件连接图中的任意一个环，去掉装配关系密切值最小的一条边；
重复破圈步骤，直至所述待装配零件链接图成为无环图；
基于所述无环图得到最优装配序列。
本发明第三方面提供了一种基于本发明实施例的机械装配培训系统的培训方法，包括以下步骤：
学生注册为所述系统的用户后进行登录；
选择结构装配或结构拆卸选项；
确定进入的模式类型，其中，所述模式类型包括培训模式和练习模式；
在完成相应模式的培训或练习后进行知识考核；
将所述考核结果上传到后台数据库。
进一步地，所述方法还包括：
教师给学生分配考核试题；
教师从后台数据库获取学生的考卷；
教师对所述学生的考卷进行成绩分析。
本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
构建简化的三维模型；
对所述三维模型进行场景效果设置，获得三维场景；
对所述三维场景进行开发，所述开发包括但不限于模型数据处理开发、碰撞检测开发、装配序列规划开发；
进行功能模式开发，所述功能模式包括但不限于培训模式、练习模式、考试模式。
本发明第五方面提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行以下步骤：
构建简化的三维模型；
对所述三维模型进行场景效果设置，获得三维场景；
对所述三维场景进行开发，所述开发包括但不限于模型数据处理开发、碰撞检测开发、装配序列规划开发；
进行功能模式开发，所述功能模式包括但不限于培训模式、练习模式、考试模式。
本申请的有益效果为：本申请的培训系统有效促进了学生对装配任务的理解和感知，提高了学生汲取知识和掌握技能的效率，进而改善了培训效果。在开发所述培训系统时构建简化的三维模型，对所述三维模型进行场景效果设置，获得三维场景，对所述三维场景进行开发，所述开发包括但不限于模型数据处理开发、碰撞检测开发、装配序列规划开发，进行功能模式开发，所述功能模式包括但不限于培训模式、练习模式、考试模式，使系统性能得以大大优化，满足多人培训要求，避免了使用真实样机培训占用生产、检修的作业时间问题，节约了企业成本。总之，可以通过VR设备的运行使得职业培训快速且有效的推进，在虚拟场景中操作可以显著提高实操实训真实感，满足学生机械拆组实训内容的操作要求，起到安全生产教育引导的作用。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本申请的实施例，并且连同描述一起用于解释本申请的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本申请，其中：
图1示出了本申请一示例性实施例的机械装配培训系统架构示意图；
图2示出了本申请一示例性实施例的机械装配培训系统开发方法步骤示意图；
图3示出了本申请一示例性实施例中的机械装配培训系统开发过程示意图；
图4示出了本申请一示例性实施例中碰撞检测算法上台阶示意图；
图5示出了本申请一示例性实施例中碰撞检测算法实现流程示意图；
图6示出了本申请一示例性实施例中的基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列示意图；
图7示出了本申请一示例性实施例中机械装配培训系统学生端功能活动图；
图8示出了本申请一示例性实施例中的机械装配培训系统教师端功能活动图；
图9示出了本申请一示例性实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图；
图10示出了本申请一示例性实施例所提供的一种存储介质的示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本申请的实施例。但是应该理解的是，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本申请的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。附图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，可能放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
下面结合说明书附图1-10给出几个实施例来描述根据本申请的示例性实施方式。需要注意的是，下述应用场景仅是为了便于理解本申请的精神和原理而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。
在传统机械拆组中，使用者通过分析二维的工程图纸及装配工艺来识别装配任务，这种方式获得的任务信息非常有限，不接触操作，学习内容较为抽象。而通过VR设备，使用者能够在虚拟环境中观察机械的装配过程并直接操作零件模型，有效地促进了使用者对装配任务的理解和感知。
在本申请一些示例性的实施例中，提供了一种机械装配培训系统，所述培训系统用于运行于VR设备，所述培训系统包括：
数据模块，所述数据模块用于存储数据信息，所述数据信息包括但不限于三维模型场景数据、用户信息数据、考试题库数据、操作日志数据；
逻辑计算模块，所述逻辑计算模块用于以C/S架构方式从所述数据模块调取目标数据，并基于至少部分所述目标数据进行逻辑计算，所述逻辑计算包括但不限于：物理引擎计算、可见性计算、动态加载、实时渲染；
功能界面模块，用于提供所述培训系统的操作界面，以便教师用户和学生用户根据相应用户身份进行相应操作。
进一步地，所述数据模块还用于根据所述用户信息数据识别所述用户身份，并根据所述用户身份提供所述目标数据。
具体地，所述目标数据包括教师类数据和学生类数据，所述教师用户与所述教师类数据对应、所述学生用户与所述学生类用户对应。
需要说明的是，上述培训系统从模块的角度分为数据模块、逻辑计算模块和功能界面模块，但从系统架构的角度，系统架构划分为功能界面层、逻辑计算层、数据层、平台支持层等4个层次，如图1所示，各层之间既相互独立，又相互关联。本培训系统有效促进了学生对装配任务的理解和感知，提高了学生汲取知识和掌握技能的效率，进而改善了培训效果。
在本申请一些示例性的实施例中，提供了开发所述机械装配培训系统的方法，如图2所示，步骤包括：
S1、构建简化的三维模型；
S2、对所述三维模型进行场景效果设置，获得三维场景；
S3、对所述三维场景进行开发，所述开发包括但不限于模型数据处理开发、碰撞检测开发、装配序列规划开发；
S4、进行功能模式开发，所述功能模式包括但不限于培训模式、练习模式、考试模式。
需要说明的是，开发系统时要从系统实现分析入手。如图3所示，首先去工厂进行相关机械设备的参观和调研，根据设备的实际尺寸，完成相关机械的三维建模，并转换为可以导入3DSMax的WRL格式。在3DSMax和Photoshop中对装配体进行面片优化、贴图渲染、材质处理并完成三维场景的构建。然后将处理好的模型导出为FBX格式，最后将所有模型导入Unity3D软件中，进行场景效果的设置。整个三维场景构建完成后，对模型数据处理、射线碰撞检测和装配序列规划等进行开发和研究。
在具体的实施中，模型数据处理开发包括但不限于调配模型材质、简化模型数量、调整模型轴心、调整模型轴向、调整模型面阀值。例如调整待装配零件的工作轴轴向，其中，固定构件调整到其固定处，旋转构件调整到其旋转中心，滑动构件调整到其闭合处。另外因为装配体不是3DSMax构建的，导入三维模型的面片形状大多数是三角形，面片数量多将增加系统运行的负担，影响程序的运行流畅，因此本申请优化修改器添加到装配体上，调整面阀值，使装配体在保持原来的大小和形状的情况下面片数降低到最小，原来是指目前SolidWorks建模的一般尺寸和大小，当然调整装配体的面阈值，可以调整到预设数值。
不同于真实的世界，由于虚拟装配环境的自身特性，在装配过程中容易出现穿模等现象，碰撞检测的目的就是检测虚拟空间中多个物体之间是否发生碰撞、接触，所以在开发培训系统时要考虑这个因素。优选地，基于优化的碰撞检测算法在三维场景中进行碰撞检测；所述优化的碰撞检测算法包括：计算出第一点的坐标，过第一点作垂线段记为第一直线，计算所述第一直线与场景的交点记作第二点；在竖直方向上赋给第二点以增量得到第三点，过第三点作一条与连接第一视点且与第一点平行的直线记为第二直线；若所述第二直线与场景中物体不存在交点，证明第一视点可以移动到第二视点，否则不移动。如图4所示，首先计算出点p1的坐标，过点p1作垂线段L1，计算该垂线段与场景的交点p2，然后依照下述条件判断视点是否发生移动：若没有交点或交点p2与点p1距离较大，则无法移动，其中需要注意垂线段的坐标取值一定要满足场景中物体的几何属性，否则无法实现所需的仿真效果。若计算出垂线段L1与场景存在合适的交点p2，则在竖直方向上赋给交点p2增量h得到点p3，过点p3作一条与连接Viewpoint1和p1的直线平行的直线L2。若直线L2与场景中物体C不存在交点，证明视点可以从Viewpoint1移动到点Viewpoint2，即能到达左上角的台阶B上，否则不移动。
图5示意出了碰撞检测算法的实现过程，当启动碰撞检测时，创建交集访问器，再创建线段实例，将线段实例添加到交集访问器，所谓交集访问器是算法中的一种数据，类似于字典，用来存储创建的线段。在将线段实例添加到交集访问器后，将交集访问器与Node节点绑定，再判断是否有交点发生碰撞，再如图4所示，是，则无法移动，若否，则能实现移动。这里Node节点线段和遮挡物的碰撞点。在虚拟场景中通过连接移动前后的两个点，而后通过判断与场景的模型是否有交点来判定这个移动能否执行。该方法比较简单，但存在检测精度不准确的问题，而且无法满足在复杂环境中仿真漫游的要求。本申请采用基于“线/体”相交测试方法改进的碰撞检测算法开发系统。该碰撞检测方法通过与场景物体进行相交检测，不仅实现视点在平面上的移动，还能实现视点的上下台阶。相对于传统碰撞检测，其检测能做到足够高的精确度和稳定。
装配序列是将装配件表示为一定约束条件下的零件序列。对于包含零件多、要求精度高、结构复杂、装配空间狭小的产品，装配产生的费用将会达到产品制造成本的30％～50％。若一个装配体由N个零件组成，每个零件至少有m种可能的装配方法，则可能的装配序列为mNN！种。因此规划最优装配序列具有重要意义，好的装配序列可以明显改善装配速度，提高装配质量，降低成本。因此在一种优选的实施方式中，装配序列规划开发为基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列；如图6所示，基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列包括：获取步骤，获取待装配零件链接图；赋值步骤，对待装配零件链接图中所有属于某一环的边进行装配关系密切值赋值；破圈步骤，取赋值后零件连接图中的任意一个环，去掉装配关系密切值最小的一条边；重复破圈步骤，直至待装配零件链接图成为无环图；基于无环图得到最优装配序列。例如，在学生获取到装配任务时，所规划的最优装配序列就会起作用，按最优装配序列将待装配零件装配为装配体，具体包括：任选标号为0的两零件开始装配；每装配一步，将装配好的两零件视为一个零件，再对余下的装配关系重新进行干涉值赋值；重复上述两个步骤，同时按顺序记录已装配零件的序号，直至所有零件装配完毕。
作为可变换的实施方式，本申请在开发所述系统时可以拆卸发动机模型为例，系统在设计时针对发动机装配体零件分解图进行分析，设定零件之间的判定指标值，得到总体的零件链接图，针对链接图中存在环关系的零件进行装配关系密切值计算，并依据破圈法将环状结构破解，得到装配体生成树，对生成树之间存在前后干涉装配关系零件的连接边赋值，进而得到最优装配序列。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
在本申请一些示例性实施例中，还提供了基于所述机械装配培训系统的培训方法，如图7所示，学生应用所述的机械装配培训系统进行培训的方法，包括以下步骤：学生注册为所述系统的用户后进行登录；选择结构装配或结构拆卸选项；确定进入的模式类型，其中，所述模式类型包括培训模式和练习模式；在完成相应模式的培训或练习后进行知识考核；统计与评估考核结果并将所述考核结果上传到后台数据库。如图8所示，教师登录后进行考核试题的分配，学生在知识考试时便接收了教师所分配的考核试题，教师在后台获取考核结果，进行成绩分析并制定专项培养方案。同时教师对学生用户进行管理，包括对学生账号的分配、删除和权限管理。
在具体的实施方式中，学生通过手柄在机械装配培训系统中选取任一装配体，点击拆卸，可以将所述装配体拆成一个个零件，同样，学生还可以选取待装配的零件，将零件装配成装配体。在具体的装配过程中，不同于真实的世界，由于虚拟装配环境的自身特性，在装配过程中容易出现穿模等现象，可进行碰撞检测，碰撞检测的目的就是检测虚拟空间中多个物体之间是否发生碰撞、接触。
在一种优选的实施方式中，学生佩戴虚拟现实头盔和头盔适配的手柄进行操作，在培训模式下，分为基础知识学习和实际操作两部分内容，基础知识部分通过播放视频、动画、语音讲解、文本提示等介绍基础器械原理，学生通过手柄发射射线进行点击继续按键、暂停按键、返回按键等。在操作部分，装配体在装配的过程中伴随着语音和文本提示，培训的组装顺序按最优装配序列的顺序进行安装，安装过程中顺序安装的组件以高光的形式提醒学生通过手柄长按trigger键发射射线进行选择并移动至对应高光提示的位置，组件与对应位置之间通过碰撞体碰撞和组件的Tag值判断是否移动正确零件至正确位置，若正确，松动Trigger键，零件进行组装成功，继续按提示选择下一个组件，直至组装完毕；若失败，显示对应提示信息，整个讲解过程设置了瞬移的功能，用户可以选择场景中不同的地面位置，通过手柄进行判断是否可移动，实现瞬移功能，多视角观察模型。
对应的练习模式下，可对基础知识和实际部分操作进行练习，学生通过手柄发射射线进行操作，在基础知识部分对知识点选择题和判断题进行选择答题，在操作部分进行器械组装，但组装过程中缺少文本提示和语音提示，仅显示最后组装是否成功与失败。对应的考试模式下，教师端对题库中的试题进行分配，学生通过手柄发射射线进行操作，组装过程中缺少文本提示和语音提示，仅显示最后组装是否成功与失败，最后对考核结果进行评估将结果传至后台。当然作为可变换的实施方式，教师端还可以通过中心控制的方式对学生进行培训训练与考核，在此不做具体限定。
目前的机械拆组培训主要分为基于传统方法和基于虚拟现实技术，在传统机械拆组培训中，使用者通过分析二维的工程图纸及装配工艺来识别装配任务，这种培训方式获得的任务信息有限，不接触操作，学习内容较为抽象。而通过虚拟现实系统，使用者能够在虚拟环境中观察机械的装配过程并直接操作零件模型，有效地促进了使用者对装配任务的理解和感知。本申请采用沉浸式VR技术培训，这样的培训方式效率高，使学生能更快速掌握检修技能，提高了培训效率。这样的培训方式成本低，因为系统满足多人培训要求，避免了使用真实样机培训占用生产、检修的作业时间问题，节约了企业成本。且这样的培训方式安全可靠，虚拟场景检修真实模拟检修过程，培训过程安全，能大大降低采用真实样机发生危险事故的可能性。
还需要强调的是，本申请实施例中提供的系统可以基于人工智能技术对相关的数据进行获取和处理。其中，人工智能(Artificial Intelligence，AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。人工智能基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、机器人技术、生物识别技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。
下面请参考图9，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种计算机设备的示意图。如图9所示，所述计算机设备2包括：处理器200，存储器201，总线202和通信接口203，所述处理器200、通信接口203和存储器201通过总线202连接；所述存储器201中存储有可在所述处理器200上运行的计算机程序，所述处理器200运行所述计算机程序时执行本申请前述任一实施方式所提供的开发及应用所述机械装配培训系统的方法。
其中，存储器201可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口203(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。
总线202可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器201用于存储程序，所述处理器200在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本申请实施例任一实施方式揭示的所述开发及应用所述机械装配培训系统的方法可以应用于处理器200中，或者由处理器200实现。
处理器200可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器200中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器200可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器201，处理器200读取存储器201中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的开发及应用所述机械装配培训系统的方法对应的计算机可读存储介质，请参考图10，图10示出的计算机可读存储介质为光盘30，其上存储有计算机程序(即程序产品)，所述计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的开发及应用所述机械装配培训系统的方法。
另外，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。
本申请的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的空分复用光网络中量子密钥分发信道分配方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
本申请实施方式还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前述任意实施方式所提供的开发及应用所述机械装配培训系统的方法的步骤。
需要说明的是：在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备有固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序。实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种机械装配培训系统，其特征在于，所述培训系统用于运行于VR设备，所述培训系统包括：
数据模块，所述数据模块用于存储数据信息，所述数据信息包括但不限于三维模型场景数据、用户信息数据、考试题库数据、操作日志数据；
逻辑计算模块，所述逻辑计算模块用于以C/S架构方式从所述数据模块调取目标数据，并基于至少部分所述目标数据进行逻辑计算，所述逻辑计算包括但不限于：物理引擎计算、可见性计算、动态加载、实时渲染；
功能界面模块，用于提供所述培训系统的操作界面，以便教师用户和学生用户根据相应用户身份进行相应操作。
2.根据权利要求1所述的机械装配培训系统，其特征在于，所述数据模块还用于根据所述用户信息数据识别所述用户身份，并根据所述用户身份提供所述目标数据。
3.根据权利要求2所述的机械装配培训系统，其特征在于，所述目标数据包括教师类数据和学生类数据，所述教师用户与所述教师类数据对应、所述学生用户与所述学生类用户对应。
4.一种权利要求1-3任一项所述系统的开发方法，其特征在于，所述开发方法包括：
构建简化的三维模型；
对所述三维模型进行场景效果设置，获得三维场景；
对所述三维场景进行开发，所述开发包括但不限于模型数据处理开发、碰撞检测开发、装配序列规划开发；
进行功能模式开发，所述功能模式包括但不限于培训模式、练习模式、考试模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，模型数据处理开发包括但不限于调配模型材质、简化模型数量、调整模型轴心、调整模型轴向、调整模型面阀值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碰撞检测开发为基于优化的碰撞检测算法在三维场景中进行碰撞检测；所述优化的碰撞检测算法包括：
计算出第一点的坐标，过第一点作垂线段记为第一直线，计算所述第一直线与场景的交点记作第二点；
在竖直方向上赋给第二点以增量得到第三点，过第三点作一条与连接第一视点且与第一点平行的直线记为第二直线；
若所述第二直线与场景中物体不存在交点，证明第一视点可以移动到第二视点，否则不移动。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述装配序列规划开发为基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列；所述基于破圈法确定待装配零件的最优装配序列包括：
获取步骤，获取待装配零件链接图；
赋值步骤，对所述待装配零件链接图中所有属于某一环的边进行装配关系密切值赋值；
破圈步骤，取赋值后零件连接图中的任意一个环，去掉装配关系密切值最小的一条边；
重复破圈步骤，直至所述待装配零件链接图成为无环图；
基于所述无环图得到最优装配序列。
8.一种基于如权利要求1-3任一所述的机械装配培训系统的培训方法，其特征在于，包括以下步骤：
学生注册为所述系统的用户后进行登录；
选择结构装配或结构拆卸选项；
确定进入的模式类型，其中，所述模式类型包括培训模式和练习模式；
在完成相应模式的培训或练习后进行知识考核；
将所述考核结果上传到后台数据库。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
教师给学生分配考核试题；
教师从后台数据库获取学生的考卷；
教师对所述学生的考卷进行成绩分析。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求4-9任一所述方法的步骤。
11.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求4-9任一所述方法的步骤。
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|---|---|---|---|
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| CN114360314A true CN114360314A (zh) | 2022-04-15 |
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