面向EAST腔檢測的遙操作虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)若干問題研究.pdf

1、可控的核聚變能是最具前景的清潔能源之一，托卡馬克是研究核聚變的主要裝置，其遠程檢測任務是一個極具挑戰(zhàn)的工作。先進實驗超導托卡馬克核聚變實驗裝置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）已經(jīng)在中國科學院等離子體物理研究所建造并成功運行。復雜的EAST腔內(nèi)部環(huán)境、受限的視覺反饋、困難的用戶操作培訓等因素，嚴重影響EAST檢測的遙操作任務實現(xiàn)。為了解決這些問題，面向EAST腔檢測開

2、發(fā)一個能實時顯示檢測裝置相對于EAST腔位置進行視覺反饋保障安全、能進行操作培訓及其它功能的遙操作虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)非常必要。
　　快速碰撞檢測能建立一種安全機制，確保遙操作的安全；第一壁場景復現(xiàn)能進行較全面的視覺反饋，幫助了解EAST腔體內(nèi)部的真實情況；虛擬相機最佳視角研究對人機交互體驗有大幅度改善。因此，虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)這些關鍵問題的研究對于提升遙操作的安全性和效率也具有重要意義。
　　本文設計并實現(xiàn)了一個面向EAST腔檢

3、測的遙操作虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)，并對虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)中的若干關鍵問題進行了研究。目前，該虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)已經(jīng)成功地應用到EAST腔檢測任務中。
　　本文的研究內(nèi)容概述如下：
　　1)虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)構建：設計并實現(xiàn)了面向EAST腔檢測的遙操作虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了對遠程檢測機械臂的仿真和控制；
　　2)快速碰撞檢測方法研究：針對遙操作檢測中安全控制的要求，提出了一種適用于非凸多面體的快速碰撞檢測方法，實現(xiàn)了柔性內(nèi)窺機械臂

4、與EAST腔的快速碰撞檢測，計算出它們之間的最短距離并實時顯示，當檢測距離進入預警范圍時，仿真發(fā)送預警信號到控制系統(tǒng)，采取安全控制。
　　3)第一壁場景復現(xiàn)方法研究：選擇虛擬現(xiàn)實仿真中感興趣的區(qū)域，然后控制機械臂檢測對應磚塊；結合第一壁圖像信息和柔性內(nèi)窺機械臂的位置反饋信息，通過圖像識別、增強虛擬、紋理映射技術，完成第一壁圖片貼到虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)對應位置。
　　4)虛擬相機最佳視角方法研究：對虛擬相機最佳視角進行研究，給出了