虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要：虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠有效提升動車組轉(zhuǎn)向架的維修效率，對提升動車組的整體工作效率具有重要作用。本文對虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜合分析的基礎(chǔ)上，重點闡述了虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：虛擬裝配系統(tǒng)；可視化技術(shù)；立體顯示

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.044

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和生產(chǎn)力的進一步提升，動車組作為高速鐵路運輸?shù)暮诵模?jīng)過不斷地發(fā)展和完善，已成為人們首選的出行方式。但動車組各個系統(tǒng)在實際應(yīng)用的過程中，還存在著信息共享難、維修效率低下的問題，對動車組的發(fā)展形成制約。因此，加強虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的有效應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的現(xiàn)狀

1.1 動車組虛擬裝配系統(tǒng)的工作流程

虛擬裝配技術(shù)實質(zhì)上是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與CAD技術(shù)的有機融合，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬環(huán)境，并借助輸入和輸出設(shè)備對其進行操作，能夠充分檢驗動車組的裝配性能，從而制定合理的裝配方案。虛擬裝配系統(tǒng)依據(jù)功能與目的的差異，可分為工藝裝配、原型裝配和產(chǎn)品設(shè)計裝配三種裝配系統(tǒng)，其中，產(chǎn)品設(shè)計虛擬裝配系統(tǒng)主要是面向產(chǎn)品設(shè)計的理論和方法，工藝虛擬裝配系統(tǒng)主要是通過采用計算機建立仿真模型的方法，實現(xiàn)產(chǎn)品信息和裝配資源的結(jié)合。原型虛擬裝配系統(tǒng)主要仿真模型模擬相似性能的產(chǎn)品模型制造。為了提升裝配工藝的可操作性，動車組裝配系統(tǒng)的設(shè)計人員綜合考慮各種模擬操作，從而及時發(fā)現(xiàn)實際操作過程中存在的問題并進行修正，有效防止了事故的發(fā)生[1]。

1.2 動車組領(lǐng)域?qū)梢暬夹g(shù)的需求

虛擬可視化技術(shù)集圖像處理、多媒體技術(shù)和人工智能技術(shù)于一身，被廣泛應(yīng)用到包括動車組在內(nèi)的多個領(lǐng)域，經(jīng)過不斷地研發(fā)，呈現(xiàn)了不同的發(fā)展方向，極大滿足了動車組領(lǐng)域的發(fā)展需求。首先，由于計算機的計算能力有限，不能滿足對動車組裝轉(zhuǎn)向架實時繪制的需求，因而需要虛擬采用可視化技術(shù)進行圖形加速繪制。其次，由于動車組的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各個零部件之間存在相互遮掩的現(xiàn)象，只有通過虛擬可視化技術(shù)才能夠?qū)ζ鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)完整剖析，從而清晰表現(xiàn)各個零部件之間的關(guān)系。最后，利用虛擬可視化技術(shù)中的立體顯示技術(shù)，能夠提升模型的視覺效果，從而為建立完善的裝配系統(tǒng)提供技術(shù)支撐[2]。

2 虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 剖切技術(shù)的實現(xiàn)

傳統(tǒng)的二維剖視圖只能表示零部件的信息，具有一定的局限性。而三維剖切技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對動車組零件的完整剖切，對較為隱蔽的部分也能絲毫不遺漏，充分展示各個零部件之間的位置關(guān)系，對于動車裝配系統(tǒng)的設(shè)計極為重要。國際上一般將三維可視化系統(tǒng)分為五種不同的類型，即單一剖切面、旋轉(zhuǎn)剖切面、階梯剖切面、復(fù)合剖切面和傾斜剖切面。其中，平面剖切是采用最多的剖切形式。各種剖切類型依據(jù)OSG圖形系統(tǒng)作為理論支撐，實現(xiàn)剖切動作。其實現(xiàn)的基本原理為，首先在三維空間建立剖面方程，然后使剖面與零部件相交，產(chǎn)生相交點m，設(shè)剖面的方程的法向量N=（A，B，C），則當m和n的夾角大于180度小于360度時，表示m點被完整剖切。當向量n與x軸平行時，則表明該剖切類型為平行或者垂直剖切，當對向量n進行任意賦值時，表明采用的是傾斜的剖切方式。通過在零部件上建立包圍盒，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)剖切，在旋轉(zhuǎn)剖切的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)兩個橫截面的相交，并變換節(jié)點位置，能夠完成階梯剖切。

2.2 立體顯示技術(shù)的實現(xiàn)

立體顯示技術(shù)是虛擬可視化技術(shù)的關(guān)鍵部分，利用立體顯示技術(shù)，能夠使人們產(chǎn)生身臨其境的感覺，有利于建立完善的立體模型。通過人的兩個眼睛通過對物體位移距離圖像的判定，產(chǎn)生立體效果，而電腦屏幕只有一個，因此，必須依靠立體顯示技術(shù)，建立立體模型。首先應(yīng)通過改變色差來營造立體效果。圖像與視網(wǎng)膜之間的水平距離被稱為視差，視差分為零視差、正視差、負視差和發(fā)散視差幾種。其中，零視差相當于圖像與視網(wǎng)膜之間存在無限距離，正視差的成像位置在視網(wǎng)膜后方，負視差成像位置在人眼與電腦屏幕之間，發(fā)散視差出現(xiàn)的幾率很小。同時還可將視差分為垂直視差和水平視差，垂直視差不利于在腦海中形成立體圖像，而水平視差具有良好的立體圖像顯示效果，因此，應(yīng)格外重視水平視差在立體顯示技術(shù)中的應(yīng)用。

其次在顯示方式的選擇過程中，要綜合利用分色技術(shù)、分光技術(shù)、分時技術(shù)和自由立體顯示技術(shù)。分色技術(shù)利用顯示器對圖像的亮度和顏色進行感知，將圖像信息進行二次過濾，第一次過濾掉左眼中的藍色和綠色圖像信息，第二次是觀眾戴上濾色眼鏡。分光技術(shù)利用偏振光的原理，在電腦屏幕上插入偏振片，實現(xiàn)分像功能。分時技術(shù)利用人眼的視覺短暫性，不斷切換顯示器，從而形成連續(xù)的畫面，產(chǎn)生立體圖像的效果。自由立體顯示技術(shù)采用視差照明的方式，用戶無需佩戴眼鏡，只需通過一塊光柵板，就能分別在左眼和右眼呈現(xiàn)立體圖像，用戶在觀看顯示器的過程中，還可以同時進行其他工作，具有靈活性的特點，較為適用于動車組系統(tǒng)。

3 總結(jié)

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，虛擬可視化技術(shù)在動車組領(lǐng)域的有效應(yīng)用，能夠有效提升動車轉(zhuǎn)向架的維修效率，清晰的表達動車組裝配系統(tǒng)內(nèi)各零部件之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，加強剖切技術(shù)和立體顯示技術(shù)在動車組裝配系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，能夠完整表現(xiàn)被遮掩的零部件信息，提升維修的效率。因此，在應(yīng)用虛擬可視化技術(shù)的過程中，可以采用上述方法。

參考文獻：

[1]肖伯祥，郭新宇，吳升.基于位置動力學(xué)的植物動態(tài)虛擬仿真方法[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2017，1903：56-62.（2017-03-02）[2017-08-07].

[2]朱秀娟，王玲，吳旭生，李崢.臨近空間飛行器多通道全流程可視化演示系統(tǒng)[J].計算機仿真，2015，3201：78-82.[2017-08-07].

作者簡介：孫開龍（1987-），男，山東平度人，本科，助理工程師，研究方向：售后服務(wù)。endprint