AR技術(shù)在飛機(jī)部件虛擬維護(hù)中的應(yīng)用

楊思力 陳閔葉 單琦 孫樂(lè)萌

摘? 要：傳統(tǒng)的飛機(jī)維修培訓(xùn)是基于現(xiàn)有故障飛機(jī)進(jìn)行人員培訓(xùn)，但存在培訓(xùn)時(shí)間不確定及培訓(xùn)成本高等問(wèn)題。為基于此類(lèi)培訓(xùn)問(wèn)題對(duì)培訓(xùn)方法進(jìn)行改進(jìn)，使用可視化維護(hù)技術(shù)對(duì)整個(gè)流量控制閥組件拆裝過(guò)程進(jìn)行分析及模擬，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)等多種方式提升航空機(jī)務(wù)人員的維修水平與熟練度，可起到弱化培訓(xùn)限制、縮短培訓(xùn)周期與降低培訓(xùn)成本的作用。結(jié)果表明，可視化虛擬維修可隨時(shí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)部件維修的培訓(xùn)，解決了培訓(xùn)時(shí)間不可控的問(wèn)題且培訓(xùn)成本也下降至對(duì)應(yīng)的虛擬維護(hù)設(shè)備的價(jià)格。

關(guān)鍵詞：可視化維護(hù);虛擬維修;流量控制閥;Unity應(yīng)用;AR

中圖分類(lèi)號(hào)：V267? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Traditional aircraft maintenance training is based on the existing faulty aircraft personnel training， but there are problems such as uncertain training time and high training cost. Based on such training issues to improve the training methods， use the visual maintenance technology of the whole flow control valve components disassembling process analysis and simulation， through a variety of ways such as virtual reality promote the maintenance level of aircraft crew and proficiency， has weakened restrictions， shorten training cycle and reduce the training costs. The results show that the visual virtual maintenance can carry out the training of corresponding parts at any time， which solves the problem of uncontrollable training time and reduces the training cost to the price of corresponding virtual maintenance equipment.

Key words： visual maintenance; virtual maintenance; flow control valve; Unity application; AR

0? 引? 言

本文以A320流量控制閥組件作為維護(hù)對(duì)象，搭建一個(gè)包含虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的跨平臺(tái)可視化維護(hù)訓(xùn)練系統(tǒng)。本文將對(duì)A320流量控制閥組件進(jìn)行三維實(shí)體建模，并借助Unity引擎實(shí)現(xiàn)該組件在多個(gè)平臺(tái)上的維護(hù)環(huán)境構(gòu)建，讓受訓(xùn)人員可以通過(guò)VR設(shè)備、移動(dòng)智能設(shè)備及普通PC使用該可視化維護(hù)系統(tǒng)。使用本文所構(gòu)建的可視化維護(hù)環(huán)境進(jìn)行維修要素分析與訓(xùn)練，能有效加強(qiáng)機(jī)務(wù)人員對(duì)A320流量控制閥組件的結(jié)構(gòu)組成、拆裝過(guò)程、維護(hù)要點(diǎn)的理解，提高維修效率與排故水平。

1? A320流量控制閥結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵零部件建模

1.1? 流量控制閥組件結(jié)構(gòu)

A320客機(jī)的流量控制閥組件是其空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部件，其功用為控制從發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)流入空調(diào)系統(tǒng)的熱引氣流量[1]。每架客機(jī)共有左右兩個(gè)流量控制閥組件，分別位于機(jī)身中下段腹部的左右兩側(cè)，可以通過(guò)機(jī)腹表面的檢修口蓋對(duì)其進(jìn)行維護(hù)作業(yè)。如圖1所示，是流量控制閥組件的外部整體構(gòu)造。

1.2? 流量閥建模及簡(jiǎn)化

由于實(shí)現(xiàn)可視化維護(hù)的后續(xù)工作只需要進(jìn)行關(guān)鍵零件的碰撞檢測(cè)，因此不涉及的零部件可以忽略，進(jìn)行統(tǒng)一建模，如圖2所示。關(guān)鍵的零部件可以通過(guò)削減面片數(shù)的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化操作，從而獲得減少計(jì)算時(shí)間和計(jì)算量同時(shí)保持較高計(jì)算精度的簡(jiǎn)化模型。模型簡(jiǎn)化前后對(duì)比如圖3所示。

2? 總體流程及關(guān)鍵技術(shù)

2.1? 系統(tǒng)框架的總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)可視化維護(hù)系統(tǒng)使用Unity引擎作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以A320流量控制閥組件作為維護(hù)對(duì)象，在配備VR設(shè)備的計(jì)算機(jī)、移動(dòng)智能設(shè)備和普通PC上分別搭建可視化維護(hù)環(huán)境。通過(guò)在多個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)流量控制閥組件虛擬維護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，滿(mǎn)足了持有不同硬件設(shè)備的可視化維護(hù)系統(tǒng)使用者的差異化需求，使每一個(gè)使用本系統(tǒng)的訓(xùn)練者都能對(duì)閥體零件的結(jié)構(gòu)特征、拆裝步驟和維護(hù)要點(diǎn)有一個(gè)直觀而清晰的理解，提升訓(xùn)練者的飛機(jī)零部件維護(hù)技能水平。

本系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，分為交互操作、零件模型數(shù)據(jù)和核心仿真邏輯三個(gè)層次。在硬件種類(lèi)不同的可視化維護(hù)系統(tǒng)的承載平臺(tái)上，交互操作層面的邏輯均各不相同，而零件數(shù)據(jù)和核心邏輯都是共通的。如圖4所示，是A320流量控制閥組件可視化維護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次。

2.2? 零部件碰撞技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)對(duì)可視化維護(hù)環(huán)境中零部件的仿真模擬，除了要保證零件在運(yùn)動(dòng)參數(shù)上和真實(shí)的閥體零件拆裝時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量要盡量貼合，還要添加零件對(duì)象之間的仿真碰撞檢測(cè)機(jī)制，才能保證在可視化維護(hù)的過(guò)程中，最大限度的避免零件之間相互穿透的“穿?！爆F(xiàn)象出現(xiàn)。而直接分析三維零件的碰撞檢測(cè)較為復(fù)雜，大部分碰撞檢測(cè)理論的做法是將不規(guī)則的三維零部件分割成規(guī)則三維幾何體，再?gòu)木S度上進(jìn)行壓縮，先對(duì)三維幾何體的規(guī)則二維幾何截面進(jìn)行碰撞檢測(cè)，再通過(guò)追加Z軸的方法進(jìn)行二次碰撞判定[2]。本文也將遵循這一規(guī)則，對(duì)可視化維護(hù)環(huán)境中零部件的碰撞檢測(cè)理論進(jìn)行分析。

首先需要解決的是二維截面的碰撞檢測(cè)問(wèn)題，典型二維截面包括矩形、圓、三角形和扇形，在機(jī)械零件的規(guī)則截面中，又以矩形、圓的截面居多，因此對(duì)于可視化維護(hù)環(huán)境中涉及到的二維截面碰撞檢測(cè)，只需要著重研究?jī)蓚€(gè)矩形之間、兩個(gè)圓之間和矩形與圓之間的三種碰撞檢測(cè)問(wèn)題。

兩個(gè)零部件的矩形截面是否會(huì)碰撞主要應(yīng)用了德摩根定律，設(shè)兩個(gè)矩形截面中心點(diǎn)坐標(biāo)為x，y與x，y，長(zhǎng)與寬分別為c，k、c，k：

x-x≤? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

y-y≤? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

當(dāng)且僅當(dāng)式（1）與式（2）同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，兩個(gè)零件的矩形截面會(huì)發(fā)生干涉碰撞。

兩個(gè)零部件的圓截面是否會(huì)碰撞則更為簡(jiǎn)單，應(yīng)用勾股定理進(jìn)行判定，設(shè)兩個(gè)圓形截面的圓心為x，y與x，y，半徑為r、r：

x-x+y-y≤r+r? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

滿(mǎn)足式（3）時(shí)，兩個(gè)零件的圓形截面會(huì)發(fā)生相互干涉。

一個(gè)零件的矩形截面和另一個(gè)零件的圓截面是否會(huì)碰撞則比較復(fù)雜。不能簡(jiǎn)單判定兩個(gè)截面的邊緣線(xiàn)是否相交，必須分兩個(gè)獨(dú)立的階段進(jìn)行判定：

第一階段，將矩形截面邊線(xiàn)向外進(jìn)行等距擴(kuò)張，擴(kuò)展的寬度等于圓截面的半徑，形成一個(gè)幾何中心不變、長(zhǎng)與寬都等于原來(lái)長(zhǎng)寬分別加上圓截面直徑的矩形截面。如果擴(kuò)展后的矩形截面包含了圓截面的圓心坐標(biāo)，則進(jìn)入下一階段的判定;若不包含，則兩個(gè)零部件的截面一定不相交。

在第二階段判定中，若圓截面的圓心在擴(kuò)張前的矩形截面外，且處于擴(kuò)展后的矩形的四個(gè)角落的正方形中，且圓截面內(nèi)未包含擴(kuò)張后矩形的任何一點(diǎn)，則兩個(gè)零部件的截面一定不相交，不滿(mǎn)足判定條件則說(shuō)明發(fā)生了兩個(gè)截面會(huì)碰撞。如圖5所示，是將矩形零件截面向外擴(kuò)張圓形截面的半徑r進(jìn)行碰撞檢測(cè)。

解決了二維截面的碰撞檢測(cè)問(wèn)題，之后就是對(duì)截面追加Z軸，使之成為規(guī)則的三維幾何體，對(duì)于圖中的兩個(gè)矩形來(lái)說(shuō)，其判定條件追加為：

（4）

對(duì)于球體零件，則為：

x-x+y-y+z-z≤r+r? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

以上兩種規(guī)則三維幾何體之間的碰撞檢測(cè)流程也代表了Unity中大部分對(duì)象物體的碰撞檢測(cè)方式。為了模擬真實(shí)的流量控制閥零部件在可視化維護(hù)環(huán)境中的碰撞結(jié)果，上述過(guò)程將在每一幀的運(yùn)算上都進(jìn)行判定，一旦發(fā)生了閥體零件之間的碰撞，那么就立即調(diào)整零件的位置參數(shù)至上一幀的狀態(tài)，歸零零件對(duì)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并以提示的方式告知可視化維護(hù)系統(tǒng)的訓(xùn)練人員發(fā)生了零件之間的位置干涉。

2.3? 其他場(chǎng)景仿真技術(shù)

即使完成了流量控制閥的所有零件的運(yùn)動(dòng)方式和碰撞體積仿真，整個(gè)可視化維護(hù)場(chǎng)景仍然相對(duì)真實(shí)的維護(hù)環(huán)境有一定的差距。要對(duì)維護(hù)場(chǎng)景的真實(shí)度進(jìn)行進(jìn)一步提升。強(qiáng)化場(chǎng)景真實(shí)方法主要有增強(qiáng)可視化維護(hù)場(chǎng)景中的透視效果和光影效果。

無(wú)論通過(guò)傳統(tǒng)的顯示器還是VR眼鏡，可視化維護(hù)場(chǎng)景中的三維零件模型是以“視景體”（View Frustum）表現(xiàn)在電子屏幕上的[3]，這樣才能在平面中表現(xiàn)出透視的縱深感。如圖6所示，是視景體的x軸坐標(biāo)變換關(guān)系。

假設(shè)現(xiàn)在虛擬維修空間中有一視覺(jué)原點(diǎn)，其坐標(biāo)為0，0，0，真實(shí)世界中的顯示器平面與其距離為D，那么該空間中任意一點(diǎn)Px，y，z，和在顯示器平面上對(duì)應(yīng)顯示的一點(diǎn)Px，y，z將有如下的關(guān)系：

（6）

通過(guò)可視化維護(hù)空間內(nèi)點(diǎn)與屏幕上像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，不難推導(dǎo)出線(xiàn)、面乃至完整的三維模型在虛擬三維空間與屏幕顯示的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Unity正是用此方法構(gòu)造了其核心三維圖像引擎[4]，雖然這樣的視景體模型在人類(lèi)雙目視覺(jué)的觀察下是存在誤差的近似模擬，但用于可視化維護(hù)系統(tǒng)的透視效果是足夠的。

如果可視化維護(hù)場(chǎng)景中缺少合適的光源，那么該場(chǎng)景中的所有閥體零件和其他的場(chǎng)景物體都將是黯淡而模糊的，因此需要以合適的算法來(lái)模擬虛擬場(chǎng)景中的光照。不管是工業(yè)仿真影視渲染、計(jì)算機(jī)游戲，在沒(méi)有光線(xiàn)追蹤硬件的情況下，一般采用預(yù)烘焙的方式為物體對(duì)象添加具有光陰效果的貼圖。對(duì)于可視化維護(hù)場(chǎng)景中的閥體零件來(lái)說(shuō)，使用Unity的全局光照功能事先烘焙零件光影細(xì)節(jié)[5]，是較為合適的光影仿真手段。

3? 可視化維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1? 可視化維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

流量控制閥組件可視化維護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括各項(xiàng)虛擬拆裝關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、可視化維護(hù)各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)以及將整個(gè)可視化維護(hù)系統(tǒng)發(fā)布到各個(gè)平臺(tái)的過(guò)程。對(duì)于A320流量控制閥組件可視化維護(hù)的三個(gè)平臺(tái)版本來(lái)說(shuō)，只有涉及虛擬現(xiàn)實(shí)拆裝的版本額外使用了HTC VIVE一代作為虛擬現(xiàn)實(shí)硬件[6]，PC版和移動(dòng)版可視化維護(hù)系統(tǒng)除了作為承載硬件的計(jì)算機(jī)和手機(jī)、平板外，不需要額外的設(shè)備。如圖7所示，是部件拆裝訓(xùn)練模塊邏輯流程圖。如圖8所示，是可視化維護(hù)系統(tǒng)主界面。

3.2? 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

可視化維護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能建立在虛擬拆裝的基本動(dòng)作和場(chǎng)景在Unity中的實(shí)現(xiàn)?？梢暬S護(hù)系統(tǒng)的基本動(dòng)作包括對(duì)閥體組件的拾取、移動(dòng)、安裝和拆卸，實(shí)質(zhì)就是使用者與場(chǎng)景中涉及零件拆裝的對(duì)象物體的交互動(dòng)作;而場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)包括對(duì)虛擬維護(hù)環(huán)境中所有不受訓(xùn)練者操控、不發(fā)生直接交互動(dòng)作的背景對(duì)象的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與位置擺放。流量控制閥組件可視化維護(hù)過(guò)程中，對(duì)某一個(gè)零件對(duì)象進(jìn)行虛擬維護(hù)操作的過(guò)程要素包括：操作這個(gè)交互過(guò)程的對(duì)象[7]、被操作的閥體零件對(duì)象以及交互過(guò)程開(kāi)始與結(jié)束的信號(hào)事件。如圖9所示，是虛擬維護(hù)操作流程要素。

對(duì)于通常認(rèn)知中的維護(hù)操作來(lái)說(shuō)，標(biāo)志著交互過(guò)程開(kāi)始觸發(fā)的信號(hào)就是操作者在虛擬環(huán)境中的手或工具與零件對(duì)象發(fā)生了接觸。在Unity引擎中，交互發(fā)起對(duì)象與被操作零件對(duì)象一般采用碰撞事件作為觸發(fā)信號(hào)。將可視化維護(hù)的相關(guān)邏輯代碼寫(xiě)入該事件，一旦有閥體零件發(fā)生體積干涉，則會(huì)執(zhí)行該事件內(nèi)的維護(hù)拆裝相關(guān)代碼。按照上文閥體零部件碰撞檢測(cè)的原理，在Unity中為所有參與可視化交互過(guò)程的零件對(duì)象附加長(zhǎng)方體或圓柱體的碰撞體積，并勾選啟用該觸發(fā)器[8]。

完成了被維護(hù)對(duì)象的碰撞觸發(fā)器設(shè)定后，需要設(shè)置可視化維護(hù)環(huán)境中操作者的碰撞體，也就設(shè)置是交互發(fā)起對(duì)象的碰撞設(shè)定，這里根據(jù)交互方式的不同，虛擬環(huán)境中部件拆裝操作者的操控方式有鍵鼠操作、觸摸操作和VR硬件操作三類(lèi)，分別對(duì)應(yīng)承載可視化維護(hù)環(huán)境的普通PC、移動(dòng)智能終端和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。對(duì)于使用鍵鼠操作的虛擬維護(hù)使用者來(lái)說(shuō)，將會(huì)以鼠標(biāo)指針作為原點(diǎn)、以屏幕所示方向，即Unity中攝像機(jī)當(dāng)前幀的朝向?yàn)橹赶颍饕粭l視覺(jué)上不可見(jiàn)、且具有剛體屬性和碰撞體積的射線(xiàn)。任何與該直線(xiàn)相碰撞的被維護(hù)對(duì)象，即已添加碰撞體積的流量控制閥零件都會(huì)與其觸發(fā)碰撞事件。對(duì)于使用安裝在移動(dòng)設(shè)備上的可視化維護(hù)系統(tǒng)，并主要以觸摸方式進(jìn)行交互式拆裝的使用者來(lái)說(shuō)，生成剛體射線(xiàn)的邏輯基本相同，將會(huì)以最先接觸到屏幕的手指接觸面中心替代鼠標(biāo)指針作為射線(xiàn)原點(diǎn)。如圖10所示，為零件對(duì)象添加碰撞觸發(fā)器（圖中淡綠色輪廓）。

對(duì)于使用VR設(shè)備硬件的可視化維護(hù)訓(xùn)練者來(lái)說(shuō)，可以采用上述普通設(shè)備中生成碰撞觸發(fā)射線(xiàn)的邏輯，以VR手柄的中心點(diǎn)作為原點(diǎn)，以虛擬環(huán)境中控制閥組件拆裝訓(xùn)練者手臂朝向?yàn)榉较?，生成該射線(xiàn)[9]。這種方式對(duì)于抓取訓(xùn)練者視線(xiàn)范圍內(nèi)可見(jiàn)、但距離自身位置較遠(yuǎn)的閥體零件和選擇虛擬環(huán)境內(nèi)菜單命令時(shí)較為方便。但此方法是可視化維修交互操作中受限于傳統(tǒng)二維顯示方式下一種間接碰撞觸發(fā)方法，對(duì)于能夠在虛擬三維空間中直接接觸閥體組件對(duì)象的VR手柄來(lái)說(shuō)，還有碰撞效果更為直接的方法：直接在VR手柄的本體上添加碰撞剛體，讓使用者可在虛擬環(huán)境中將此手柄碰撞體作為自己雙手或者持握工具的延伸。此時(shí)若將手柄在可視化環(huán)境下的顯示模型改為手部模型或適當(dāng)?shù)墓ぞ吣Ｐ?，?dāng)訓(xùn)練者在使用手柄與閥體零件進(jìn)行交互動(dòng)作時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種正在使用雙手或者工具對(duì)流量控制閥組件進(jìn)行操作的感覺(jué)。

上述過(guò)程只是解決了訓(xùn)練者與單個(gè)零件交互過(guò)程在何種時(shí)機(jī)以何種方式開(kāi)始的問(wèn)題，一個(gè)完整的交互過(guò)程需要在整個(gè)操縱步驟動(dòng)作中保證被操作的零件實(shí)時(shí)對(duì)訓(xùn)練者的動(dòng)作作出正確反應(yīng)[10]。在使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的情況下，VR手柄在可視化環(huán)境下?lián)碛凶约旱奈恢米鴺?biāo)，在觸發(fā)交互過(guò)程開(kāi)始的事件信號(hào)后，就將零件位置移動(dòng)到手柄位置，再附加一個(gè)位置坐標(biāo)偏移量，利用前文所述虛擬環(huán)境中零件物體向任意方向運(yùn)動(dòng)的原理實(shí)現(xiàn)零件與手柄的位置跟隨，即可在整個(gè)流量控制閥組件可視化維修過(guò)程中營(yíng)造出零件跟隨操作者手或工具一起運(yùn)動(dòng)的效果。如圖11所示，是VR手柄發(fā)射的激光指向需要移動(dòng)的零件。

在使用普通PC和移動(dòng)設(shè)備的情況下，由于鼠標(biāo)指針和觸摸點(diǎn)只有二維坐標(biāo)，因此本系統(tǒng)將閥體零件的Z軸坐標(biāo)固定在合適的位置，再讓其X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)跟隨鼠標(biāo)指針或觸摸點(diǎn)位置進(jìn)行移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)控制閥零件的移動(dòng)效果[11]。

單個(gè)零件與操縱者的交互過(guò)程中最后一個(gè)需要解決的問(wèn)題是何時(shí)終止該交互過(guò)程。在通常的維護(hù)步驟中，當(dāng)一個(gè)零件被完全拆下或是安裝完畢后就會(huì)進(jìn)行下一個(gè)零部件的拆卸或是安裝工作;而在本系統(tǒng)中，完全拆下和安裝完畢判定取決于虛擬空間中零件坐標(biāo)位置和其起點(diǎn)或終點(diǎn)位置的距離遠(yuǎn)近。在可視化零件拆卸步驟中，零件在被移動(dòng)前的位置被記為x，y，z，而在每一幀的運(yùn)動(dòng)中它的位置都x，y，z將與起點(diǎn)位置進(jìn)行比較，若該距離大于一定值k，即滿(mǎn)足不等式組：

（7）

此時(shí)，就判定該控制閥零件已經(jīng)被完全拆下，將發(fā)出終止該零件與訓(xùn)練者交互過(guò)程的信號(hào)，該零件處于已被拆卸的狀態(tài);類(lèi)似的，在虛擬空間內(nèi)的閥體零件安裝過(guò)程中，其每一幀的位置坐標(biāo)將與安裝的目標(biāo)位置進(jìn)行距離計(jì)算，若小于一定的數(shù)值即可判定其已安裝完畢，將轉(zhuǎn)入下一個(gè)零件的虛擬安裝交互過(guò)程[12]。這些閥體零件的起點(diǎn)或終點(diǎn)位置坐標(biāo)以文件的形式預(yù)先存儲(chǔ)在可視化維護(hù)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上。

A320流量控制閥組件的部件拆裝具有嚴(yán)格的先后順序，在可視化維護(hù)系統(tǒng)中，這些零件對(duì)象按照飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)的圖示都被賦予了內(nèi)部編號(hào)。如果在零部件拆裝的過(guò)程中，觸發(fā)交互過(guò)程的閥體零件對(duì)象出現(xiàn)選擇錯(cuò)誤或順序錯(cuò)誤，從該對(duì)象的內(nèi)部編號(hào)上就能對(duì)該拆裝錯(cuò)誤進(jìn)行識(shí)別，中止錯(cuò)誤的零部件交互過(guò)程。

在可視化維護(hù)系統(tǒng)維護(hù)步驟分析模塊中，主要以閥體組件三維動(dòng)畫(huà)配合AMM手冊(cè)相關(guān)章節(jié)的文字內(nèi)容進(jìn)行維護(hù)部分的拆裝過(guò)程分析[13]。閥體零件以高對(duì)比度的強(qiáng)烈色彩作為其材質(zhì)的渲染紋理，目的是在流量控制閥維護(hù)步驟分析中讓使用者能輕松分辨不同的閥體零件[14]。使用者通過(guò)查看閥體零件的維護(hù)分析運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)來(lái)掌握正確的流量控制閥維護(hù)過(guò)程。如圖12所示，是流量控制閥拆裝演示動(dòng)畫(huà)制作界面。

流量控制閥組件維護(hù)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)由Unity引擎自帶的動(dòng)畫(huà)引擎編輯。在實(shí)際制作零件動(dòng)畫(huà)時(shí)，需要在閥體零件對(duì)象上附加動(dòng)畫(huà)組件[15]，并在選中零件對(duì)象的前提下打開(kāi)動(dòng)畫(huà)制作界面。通過(guò)動(dòng)畫(huà)屬性添加按鈕，可以將零件對(duì)象的位置、姿態(tài)、縮放以及材質(zhì)等屬性作為關(guān)鍵幀的要素。通過(guò)在該界面新建不同的零件動(dòng)作關(guān)鍵幀，并改變其對(duì)應(yīng)零件的參數(shù)[16]，動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)插值計(jì)算閥體零件對(duì)象在兩個(gè)關(guān)鍵幀中的漸變過(guò)程，從而就生成了一段流量控制閥部件的動(dòng)畫(huà)[17]。將多組動(dòng)畫(huà)進(jìn)行排列組合，并設(shè)置好依此觸發(fā)的條件，就完成了整個(gè)零件對(duì)象的維護(hù)步驟分析演示動(dòng)畫(huà)[18]。在訓(xùn)練者的視野范圍內(nèi)，還有復(fù)數(shù)個(gè)提示板會(huì)顯示閥體零件的拆裝步驟說(shuō)明文字，這些說(shuō)明文字會(huì)根據(jù)控制閥組件維護(hù)步驟動(dòng)畫(huà)的進(jìn)行而實(shí)時(shí)顯示。如圖13所示，是流量控制閥維護(hù)步驟分析模塊界面。

在可視化維護(hù)系統(tǒng)的拆裝訓(xùn)練模塊中，訓(xùn)練者可通過(guò)多種交互方式進(jìn)行流量控制閥組件的拆裝練習(xí)[19]。為了提示未掌握控制閥組件維護(hù)步驟的訓(xùn)練人員，在拆卸零件對(duì)象時(shí)，需要拆卸的零件將以亮橙色材質(zhì)突出顯示，其余控制閥組件以深藍(lán)色顯示;而在安裝閥體零件時(shí)，訓(xùn)練者手持的零件將是亮綠色的，而在該零件對(duì)象的正確安裝位置，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與該零件外形一致、無(wú)碰撞體積的亮黃色零件對(duì)象，用于提醒訓(xùn)練人員。

4? 系統(tǒng)跨平臺(tái)發(fā)布的實(shí)現(xiàn)

A320流量控制閥組件可視化維護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)跨平臺(tái)的可視化維護(hù)系統(tǒng)，借助Unity引擎的跨平臺(tái)特性，可以快速將可視化維護(hù)系統(tǒng)發(fā)布到包括配備VR設(shè)備的計(jì)算機(jī)、移動(dòng)智能設(shè)備及普通PC上[20]。這三個(gè)版本的核心可視化維護(hù)邏輯代碼和控制閥組件對(duì)象數(shù)據(jù)都是共用的，只需分別替換承載可視化維護(hù)環(huán)境的不同硬件所對(duì)應(yīng)的交互代層腳本就可以完成全部的修改工作[21]。如圖14所示，是跨平臺(tái)發(fā)布選項(xiàng)設(shè)置界面。

在Unity引擎的發(fā)布命令菜單，分別選擇不同的支持系統(tǒng)平臺(tái)，即可進(jìn)行針對(duì)該平臺(tái)的可視化維護(hù)環(huán)境設(shè)置[22]。可選擇的發(fā)布選項(xiàng)包括設(shè)置零部件可視化拆裝的默認(rèn)分辨率、移動(dòng)設(shè)備的控制閥拆裝界面的橫屏與豎屏選項(xiàng)以及該平臺(tái)上展示的可視化維護(hù)程序圖標(biāo)等。

5? 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)飛機(jī)維護(hù)需要根據(jù)飛機(jī)狀況進(jìn)行集中培訓(xùn)，耗時(shí)耗力，且培訓(xùn)成本高的問(wèn)題，本文提出一種基于AR的可視化飛機(jī)部件維護(hù)培訓(xùn)方法。利用AR技術(shù)，結(jié)合對(duì)應(yīng)部件的工卡維修步驟，在培訓(xùn)設(shè)備上進(jìn)行交互式展示及培訓(xùn)。結(jié)果表明，該項(xiàng)技術(shù)不僅解決了傳統(tǒng)培訓(xùn)時(shí)間不確定的問(wèn)題，同時(shí)培訓(xùn)成本也下降，只需要花費(fèi)對(duì)應(yīng)培訓(xùn)設(shè)備的維護(hù)使用成本。該項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)培訓(xùn)人員進(jìn)行反復(fù)培訓(xùn)，在成本降低和時(shí)間可控的基礎(chǔ)上還可以達(dá)到更好的培訓(xùn)效果。本文目前只對(duì)一個(gè)部件進(jìn)行了展示，今后將在此基礎(chǔ)上制作其他飛機(jī)部件的虛擬維護(hù)過(guò)程。

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