本發(fā)明涉及數(shù)字孿生技術(shù)中的沉浸可視化與人機(jī)交互領(lǐng)域，具體涉及高速列車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)的沉浸式可視化導(dǎo)覽方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著中國鐵路的發(fā)展，鐵路里程的不斷延長且范圍逐漸擴(kuò)大，鐵路運(yùn)維迎來了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這一背景下，遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)的引入正在深刻地改變著鐵路系統(tǒng)的運(yùn)維方式。傳統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)維在面對鐵路系統(tǒng)的規(guī)模和多樣性時顯得力不從心。遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)通過構(gòu)建高效的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，將中國鐵路各個節(jié)點(diǎn)密切相連，實(shí)現(xiàn)了對龐大鐵路網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)匯聚。數(shù)字孿生技術(shù)以虛擬模型為支撐，可為中國鐵路系統(tǒng)提供精確的仿真和實(shí)時建模，適應(yīng)不斷增長的鐵路規(guī)模。數(shù)據(jù)的采集與分析為規(guī)模不斷擴(kuò)大的鐵路系統(tǒng)帶來了更為高效的預(yù)防性維護(hù)支持，有力地削減了維護(hù)成本，提升了設(shè)備的可用性。智能化的故障診斷系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，為中國鐵路系統(tǒng)提供了即時故障定位和修復(fù)的能力。

2、高速列車轉(zhuǎn)向架是高速動車上的一個關(guān)鍵組件，它位于動車車輛的底部，負(fù)責(zé)支撐和連接動車的車體和車輪。其主要功能是使動車能夠在鐵路軌道上平穩(wěn)運(yùn)行并在需要時完成轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向架通常由一系列機(jī)械零部件組成，包括懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向裝置、輪軸等。懸掛系統(tǒng)用于減緩動車通過不平整軌道時的震動，而轉(zhuǎn)向裝置則允許動車在鐵路交叉口、道岔等地方進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作。

3、保證轉(zhuǎn)向架的正常工作對高速動車的安全和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。首先，轉(zhuǎn)向架直接影響動車的操控性能，確保動車能夠按照預(yù)定的路徑行駛，避免脫軌等意外事件的發(fā)生。其次，通過有效的懸掛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向裝置，轉(zhuǎn)向架能夠減輕動車行駛中的顛簸和震動，提高乘客的乘坐舒適度。此外，正常工作的轉(zhuǎn)向架還有助于減少動車在彎道行駛時的側(cè)向力，提高動車的穩(wěn)定性，從而降低了車輛的磨損和能耗。

4、隨著鐵路系統(tǒng)的遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展，如何使技術(shù)人員更有效地參與轉(zhuǎn)向架的運(yùn)維成為一個重要的問題。首先，遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)需要提供高度靈活的可視化界面，支持技術(shù)人員實(shí)時轉(zhuǎn)向架運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。通過數(shù)字孿生技術(shù)，系統(tǒng)可以生成精確的虛擬模型，展示轉(zhuǎn)向架內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個零部件的運(yùn)行情況。此外，遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)該整合傳感器數(shù)據(jù)和實(shí)時監(jiān)測信息，提供綜合的健康狀況評估，使技術(shù)人員能夠全面了解轉(zhuǎn)向架的性能和運(yùn)行情況。

5、此外，解決遠(yuǎn)程運(yùn)維中技術(shù)人員參與轉(zhuǎn)向架運(yùn)維工作需綜合考慮遠(yuǎn)程運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)環(huán)境。目前挑戰(zhàn)在于技術(shù)人員難以直觀感知轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，缺乏實(shí)地操作的便利性。因此，迫切需要一種創(chuàng)新性的解決方案，以提高技術(shù)人員的操作效率和運(yùn)維質(zhì)量。通過引入沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程進(jìn)入轉(zhuǎn)向架的虛擬環(huán)境，深度體驗其中的運(yùn)行情況，從而更直觀地感知結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的細(xì)節(jié)。這種身臨其境的沉浸式體驗將為技術(shù)人員提供更豐富的感知信息，為他們在遠(yuǎn)程環(huán)境中進(jìn)行轉(zhuǎn)向架運(yùn)維工作創(chuàng)造更加實(shí)用和高效的操作方式。通過交互性的設(shè)計，可以使技術(shù)人員以更自然、直觀的方式與虛擬環(huán)境中的轉(zhuǎn)向架進(jìn)行互動，包括手勢、觸控等方式。這樣的沉浸式交互方式將為技術(shù)人員提供新的運(yùn)維體驗，使其能夠更好地參與到轉(zhuǎn)向架的遠(yuǎn)程運(yùn)維中，解決當(dāng)前的運(yùn)維挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種針對高速列車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)的沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

2、所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

3、步驟1、動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)模型預(yù)處理；

4、步驟2、面向復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接矩陣構(gòu)建與機(jī)械連接檢測；

5、步驟3、基于復(fù)雜拓?fù)鋱D分割的機(jī)械零件集合生成；

6、步驟4、基于幾何特征的模型拆分方向矯正；

7、步驟5、基于機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D的層次結(jié)構(gòu)生成；

8、步驟6、沉浸式遠(yuǎn)程運(yùn)維環(huán)境構(gòu)建。

9、進(jìn)一步地，步驟1中，動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)模型預(yù)處理，包括：

10、步驟1.1動車轉(zhuǎn)向架模型由3dface組成，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在幾何上表示三維平面，三維平面為三角形或四邊形，在cad中，定義一個3dface需要順序指定3dface的四個頂點(diǎn)，四個頂點(diǎn)通常按順時針或逆時針的順序排列，在讀取cad文件后，將3dface結(jié)構(gòu)解析為一組點(diǎn)和邊，一個3dface對應(yīng)一組點(diǎn)和一組邊，分別對應(yīng)3dface的相應(yīng)頂點(diǎn)之間的連接關(guān)系；

11、步驟1.2考慮到cad文件記錄了三維機(jī)械模型的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，并應(yīng)真實(shí)且準(zhǔn)確地反映機(jī)械的所有零件之間以及零件內(nèi)部的關(guān)系，構(gòu)成機(jī)械的各個零件之間不存在共同的頂點(diǎn)，也就是在cad文件中呈現(xiàn)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)和構(gòu)成cad文件的3dface結(jié)構(gòu)之間存在一個新的零件層次，這個層次的元素對應(yīng)于獨(dú)立的零件結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)將零件組裝成整個車身的過程，為了生成零件層次，需要獲取每個零件對應(yīng)的3dface，由于構(gòu)成機(jī)械的各個零件之間不存在共同的頂點(diǎn)，對于任何機(jī)械零件，頂點(diǎn)和邊應(yīng)形成一個強(qiáng)連通圖：構(gòu)成機(jī)械零件的任何頂點(diǎn)都能夠通過邊達(dá)到另一個頂點(diǎn)；并且不同機(jī)械零件的相應(yīng)繪圖之間沒有連接；

12、步驟1.3在整個系統(tǒng)讀取3d?cad圖紙后，獲得了整個圖紙上的點(diǎn)集p和邊集l，對于每條邊li，能夠在點(diǎn)集中找到相應(yīng)的點(diǎn)pi1和pi2，基于此，確定這兩個點(diǎn)屬于同一獨(dú)立集，即這兩個點(diǎn)屬于同一零件，得到一個新的集合q，其中的每個元素都是一個點(diǎn)集，且有一條邊連接屬于該集合的點(diǎn)，以確定q中的每個元素是獨(dú)立零件頂點(diǎn)集的子集，在系統(tǒng)中，基于邊集e建立了一個集合p，并不斷檢查集合p中不同集合之間是否有共享點(diǎn)，如果有共同的頂點(diǎn)，則將這兩個集合合并，重復(fù)以上過程，直到集合p中不同集合之間沒有共同頂點(diǎn)為止，此時，p中的每個元素都是每個獨(dú)立零件的點(diǎn)集，對于p中的每個元素p，找到其所有頂點(diǎn)都在p中的邊e，然后，將邊和頂點(diǎn)組合在一起以生成每個零件的cad數(shù)據(jù)partcad，再生成partcad。

13、進(jìn)一步地，步驟2中，面向復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接矩陣構(gòu)建與機(jī)械連接檢測：

14、步驟2.1在動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械系統(tǒng)中，使用連接矩陣來記錄動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接信息，連接矩陣用于描述動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械系統(tǒng)中不同部件之間的干涉或碰撞關(guān)系，矩陣中的行和列代表動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械系統(tǒng)中的不同部件，而每個元素表示相應(yīng)部件之間是否存在干涉或碰撞，通常以二進(jìn)制值表示，創(chuàng)建連接矩陣涉及對動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械系統(tǒng)的幾何形狀、運(yùn)動路徑和工作空間進(jìn)行詳細(xì)分析，將面臨3d圖紙與實(shí)際動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)的不一致，3d模型的不準(zhǔn)確性源自動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械工程圖紙中連接表示的不確定性以及三維圖紙上的視覺表示與實(shí)際結(jié)構(gòu)不匹配；

15、步驟2.2考慮到創(chuàng)建連接矩陣的難度，采用一種特定方法來識別和提取動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械系統(tǒng)中部件之間的連接，通過分析兩個動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械部件的3d模型，當(dāng)它們存在重疊體積時，表明存在干涉配合或過渡配合，這種方法通過識別體積重疊的區(qū)域來確定部件之間的連接關(guān)系，為了應(yīng)對間隙配合，將對動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械部件的3d模型進(jìn)行輕微擴(kuò)展，將間隙配合轉(zhuǎn)換為其他配合方法，基于標(biāo)準(zhǔn)的物理引擎，使用生成的網(wǎng)格碰撞器來擴(kuò)展和檢測重疊體積，從而提取連接信息，整體上，通過連接檢測算法實(shí)現(xiàn)了對動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)的可視化呈現(xiàn)，將連接信息更新到連接矩陣中；

16、步驟2.3為了更全面地表示動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)，生成動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D通過將連接矩陣轉(zhuǎn)化為圖形表示，其中節(jié)點(diǎn)代表動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械部件，邊表示這些部件之間的連接，邊上的權(quán)重表示動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械部件之間的距離，這個過程為用戶提供了直觀的動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)全貌，方便了對動車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的理解和分析。

17、進(jìn)一步地，步驟3中，基于復(fù)雜拓?fù)鋱D分割的機(jī)械零件集合生成：

18、步驟3.1以機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D為基礎(chǔ)，利用圖分割來將機(jī)械結(jié)構(gòu)劃分并生成機(jī)械集合，圖分割的過程過程中，通過中心擴(kuò)展創(chuàng)建圖分割的初始解決方案，基于k-algorithm對初始解決方案進(jìn)行優(yōu)化；

19、步驟3.2為生成更符合機(jī)械結(jié)構(gòu)理解的機(jī)械集合，指定中心節(jié)點(diǎn)以生成初始解決方案，基于中心節(jié)點(diǎn)，通過中心擴(kuò)展生成初始聚類集合，初始聚類集合通過迭代過程進(jìn)行更新，在每次迭代中，對于圖中不屬于任何初始聚類的每個節(jié)點(diǎn)，將該節(jié)點(diǎn)添加到與其相鄰且具有最短距離的初始聚類中，距離的定義是連接該節(jié)點(diǎn)到初始聚類的邊的最小權(quán)重，處理完所有節(jié)點(diǎn)后，生成動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D的初始解決方案的分割；

20、步驟3.3基于初始解決方案，應(yīng)用k-algorithm來優(yōu)化分割結(jié)果，k-algorithm源自傳統(tǒng)的k均值算法，但采用增量方法將節(jié)點(diǎn)分配給最近的聚類，而不是計算到聚類平均值的距離，為了優(yōu)化分割結(jié)果，k-algorithm計算將指定節(jié)點(diǎn)j從舊聚類x移動到新聚類y的增量值，增量值通過計算x和y中成本函數(shù)的變化得到，成本函數(shù)定義為：

21、δf(j，x，y)＝f(c′x)+f(c′y)-f(cx)-f(cy)

22、......(1)，

23、通過選擇逆內(nèi)部權(quán)重iiw作為損失函數(shù)，則：

24、

25、其中：m是帶權(quán)圖結(jié)構(gòu)中邊權(quán)的的總和，wi是聚類i中內(nèi)部權(quán)重的總和，k的值代表了聚類的數(shù)量，在這個成本函數(shù)中，較小的結(jié)果表示更好的分割，基于這個成本函數(shù)，逆加權(quán)在成本函數(shù)的導(dǎo)數(shù)中提供了負(fù)值，能夠平衡不同聚類中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，此外，由于空聚類具有無窮大的iiw值，iiw成本函數(shù)能夠有效減少空聚類的存在，通過將iiw應(yīng)用到增量值，得到k-algorithm的增量函數(shù)，如下式(2)所示：

26、

27、基于中心擴(kuò)展和k-algorithm，能夠在動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D中獲得一個優(yōu)化的圖分割結(jié)果，這一結(jié)果對應(yīng)于機(jī)械結(jié)構(gòu)中的不同機(jī)械集合，構(gòu)成了機(jī)械系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中機(jī)械集合層次的基礎(chǔ)，綜合中心擴(kuò)展和k-algorithm，獲得了優(yōu)化的圖分割結(jié)果，這一結(jié)果對應(yīng)于機(jī)械結(jié)構(gòu)中的不同機(jī)械集合，構(gòu)成了機(jī)械系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中機(jī)械集合層次的基礎(chǔ)。

28、進(jìn)一步地，步驟4中，基于機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D的層次結(jié)構(gòu)生成，基于機(jī)械零件拓?fù)湫虻姆诸惡凸芾矸椒ǎ荚诮鉀Q機(jī)械零件聚類中存在大量機(jī)械部件以及它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺乏清晰性：

29、在機(jī)械零件集合生成的基礎(chǔ)上，對機(jī)械部件進(jìn)行了全面的分類，基于機(jī)械零件集合，通過將這一點(diǎn)與基于機(jī)械結(jié)構(gòu)生成的整體連接矩陣相結(jié)合，提取與每個機(jī)械零件集合對應(yīng)的單獨(dú)的連接矩陣和動車轉(zhuǎn)向架機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，生成的結(jié)構(gòu)圖是整體機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖的子圖代表了機(jī)械集內(nèi)部的連接關(guān)系；

30、在機(jī)械零件集合生成部分，每個機(jī)械零件集合都有一個中央機(jī)械部件，對應(yīng)于拓?fù)鋱D上的中央節(jié)點(diǎn)，這允許計算從拓?fù)渖系拿總€節(jié)點(diǎn)到中央節(jié)點(diǎn)的拓?fù)渚嚯x，將節(jié)點(diǎn)及其拓?fù)渚嚯x映射到相應(yīng)的機(jī)械集，基于其拓?fù)渚嚯x為機(jī)械集內(nèi)的每個機(jī)械部件進(jìn)行標(biāo)記，以允許對機(jī)械集內(nèi)的機(jī)械部件進(jìn)行分類；

31、基于拓?fù)渚嚯x的機(jī)械分類反映了機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械部件之間的層次關(guān)系，拓?fù)渚嚯x較小的類別中的機(jī)械部件與中央機(jī)械部件關(guān)系更密切，表明它們形成了圍繞中央部件聚集的機(jī)械部件核心結(jié)構(gòu)，反之，拓?fù)渚嚯x較大的機(jī)械部件與中央機(jī)械部件的關(guān)系較遠(yuǎn)，表明它們分散在機(jī)械集的外圍，起到支持和輔助連接的作用；

32、基于機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D的層次結(jié)構(gòu)生成策略，在展示復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)時單獨(dú)呈現(xiàn)機(jī)械集內(nèi)部部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以能夠分析機(jī)械聚類內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在拓?fù)鋵拥幕A(chǔ)上，在機(jī)械集合層次上重新管理了機(jī)械部件，每個機(jī)械集匹配相應(yīng)的機(jī)械部件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，避免在整體連接圖上進(jìn)行機(jī)械連接分析和機(jī)械結(jié)構(gòu)可視化的復(fù)雜性，對聚類內(nèi)機(jī)械部件的分類操作實(shí)現(xiàn)了機(jī)械聚類內(nèi)部部件的層次組織也增強(qiáng)了機(jī)械聚類與單個機(jī)械部件之間的層次關(guān)系，以為后續(xù)對機(jī)械結(jié)構(gòu)的可視化和解剖操作提供了指導(dǎo)。

33、進(jìn)一步地，步驟5中，基于幾何特征的模型拆分方向矯正：

34、為實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化，需要設(shè)計一組可視化方法，基于機(jī)械部件的聚類，選擇拆卸動畫作為最直觀的可視化方法，具體為：

35、為創(chuàng)建拆卸動畫，需要解決拆卸動畫中機(jī)械部件的運(yùn)動順序和每個機(jī)械部件的拆卸方向，設(shè)計一種從最高拓?fù)鋵拥阶畹屯負(fù)鋵訄?zhí)行的拆卸策略，同時對同一拓?fù)鋵拥臋C(jī)械部件進(jìn)行拆卸，解決了機(jī)械部件運(yùn)動順序的問題，較高拓?fù)鋵拥臋C(jī)械部件通常是最外層的機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分，從這些部分開始拆卸有助于觀察者逐漸深入了解機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠感知機(jī)器不同層之間的組裝關(guān)系，在由大量部件組成的區(qū)域，同時拆卸同一拓?fù)鋵拥牟考粌H縮短了動畫的持續(xù)時間，還使觀察者能夠集中注意力于一組機(jī)械部件的相互連接，有助于更好地理解特定的機(jī)械區(qū)域；

36、為確定機(jī)械部件的拆卸方向，提出了一種基于部件中心和軸向定向的策略，對于指定的機(jī)械部件，利用在拓?fù)鋵由刹糠稚傻膶哟谓Y(jié)構(gòu)，獲取與指定機(jī)械部件相關(guān)聯(lián)的所有相互連接的機(jī)械部件，在考慮機(jī)械部件的拆卸動畫時，通過移動最外層的機(jī)械部件來顯示內(nèi)部部件，以定義指示方向，對于每個機(jī)械連接的部件，指示方向表示指定機(jī)械部件應(yīng)拆卸的最佳方向，由于機(jī)械部件之間的互連和基于拓?fù)鋵拥膶哟谓Y(jié)構(gòu)，首先移除最外層的機(jī)械部件，對于位于下一層的任何機(jī)械部件，構(gòu)造一個干擾矢量，記為i，基于其幾何中心與指定機(jī)械部件的幾何中心的矢量差異，干擾矢量表示機(jī)械部件對指定機(jī)械部件的拆卸的影響；

37、為確保平滑的拆卸過程并消除已拆卸部件的影響，堆疊和標(biāo)準(zhǔn)化與指定部件一層下的所有機(jī)械部件相對應(yīng)的所有干擾矢量i，這個過程得到了一個優(yōu)化的指導(dǎo)方向d，表示移動機(jī)械部件以展示機(jī)械結(jié)構(gòu)的最佳方向；

38、通過提出一個校正軸，記為a，來調(diào)整最佳指導(dǎo)方向d，這種校正旨在通過解決最佳指導(dǎo)方向d與機(jī)械部件實(shí)際形狀之間的不匹配，優(yōu)化拆卸動畫，鑒于部件通常具有復(fù)雜的形狀，沒有可供使用的通用模板，為了為機(jī)械部件統(tǒng)一定義校正軸a，首先對機(jī)械部件進(jìn)行廣泛的分類，對于那些具有明顯軸向特征的部件(例如軸和車輪)，將其分類為具有軸向特征，另一方面，對于缺乏明顯軸向特征的機(jī)械部件(例如齒輪箱和剎車卡鉗)分類為非軸向部件，基于機(jī)械部件的定向邊界框的分類，為復(fù)雜機(jī)械部件的3d模型獲取最小邊界框，然后根據(jù)生成的立方體進(jìn)行分類，便于對復(fù)雜機(jī)械模型進(jìn)行軸向分類；

39、基于軸向分類，對于具有軸向特征的機(jī)械部件，提取與定向邊界框相對應(yīng)的軸向方向，這個提取的軸向方向充當(dāng)校正軸a，允許機(jī)械部件沿其軸向方向移動，這種校正使部件的運(yùn)動與機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)際組裝和拆卸方向?qū)R；另一方面，對于非軸向部件，定義校正軸a為最大模塊的矢量dg，矢量dg是最佳指導(dǎo)方向d在相對空間坐標(biāo)軸上的投影之間的投影，這確保了在最佳運(yùn)動方向不確定時，非軸向部件被引導(dǎo)沿著空間軸擴(kuò)展，使動畫與觀察者的視角對齊；

40、基于校正軸a，構(gòu)造最佳指導(dǎo)方向dg在a上的投影矢量dp，表示機(jī)械部件的校正運(yùn)動方向，以提高拆卸動畫的準(zhǔn)確性和連貫性，確保機(jī)械部件的運(yùn)動與其實(shí)際組裝和拆卸方向或觀察者的視角相一致，生成后，將拆卸方向附加到機(jī)械部件層的相應(yīng)機(jī)械部件上，以增強(qiáng)交互導(dǎo)航中的拆卸動畫。

41、進(jìn)一步地，步驟6中，構(gòu)建沉浸式遠(yuǎn)程運(yùn)維環(huán)境：

42、用戶通過ui交互界面創(chuàng)建層次導(dǎo)覽，并配置相關(guān)參數(shù)，用戶通過拖拽擬展示的機(jī)械模型文件到界面中，然后在相應(yīng)的腳本中附著模型對象，實(shí)現(xiàn)對3d模型的替換，設(shè)計的本步驟簡化了用戶對展示模型的操作，使其更加直觀；

43、在控制拆分動畫生成模塊創(chuàng)建的ui界面中，用戶通過控制機(jī)械零件集合生成腳本中的參數(shù)，改變中心機(jī)械零件的數(shù)量，并通過拖拽中心機(jī)械零件的3d模型到指定位置，實(shí)現(xiàn)對中心機(jī)械零件的自定義，這樣的設(shè)計使得用戶能夠靈活地設(shè)置用于指導(dǎo)機(jī)械零件集合生成的中心機(jī)械零件，所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法允許用戶根據(jù)模型的體積和面數(shù)進(jìn)行排序，并刪除體積較小的零件，以提高可視化效果，用戶通過調(diào)整閾值和面數(shù)過濾器來定制模型簡化的過程，使其更符合用戶的習(xí)慣和需求；

44、在完成沉浸式環(huán)境的配置與構(gòu)建后，用戶以不同的層次與模型發(fā)生交互，以更好地查看復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，展示可視化配置與用戶交互模塊的呈現(xiàn)效果，用戶在所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法中選擇不同的交互模式，以適應(yīng)不同層次的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具體的交互模式包括整體模式、集合模式和零件模式，整體模式允許用戶與整個機(jī)械模型進(jìn)行交互，獲取全局視圖；集合模式支持用戶對由所述沉浸式可視化系統(tǒng)的方法生成的機(jī)械零件集合進(jìn)行探索和操作；零件模式提供對單個機(jī)械零件進(jìn)行交互的操作，基于不同的層次與交互模式，用戶使用抓握操作與不同層次的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行交互，這種自然的交互方式使用戶能夠直觀地體驗機(jī)械結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了用戶的沉浸感，通過抓握交互操作，用戶模擬與實(shí)際機(jī)械的物理交互，包括拼裝和檢視操作，從而更全面地理解機(jī)械結(jié)構(gòu)；

45、以拓?fù)鋵哟螢榛A(chǔ)，用戶能夠在不同交互模式查看機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過額外的染色與拆分動畫增加對于機(jī)械功能區(qū)域與機(jī)械組裝與拆分順序的理解；

46、在所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法中，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的層次信息，在沉浸式環(huán)境中對機(jī)械零件進(jìn)行染色，這樣的設(shè)計有助于用戶更清晰地識別不同層次的結(jié)構(gòu)，用戶還能夠通過調(diào)整透明度，在需要時減少不同層次之間的遮擋，使得特定層次的結(jié)構(gòu)更為突出；

47、基于生成的拆卸方向，所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法提供了拆卸動畫的功能，用戶選擇對整個機(jī)械結(jié)構(gòu)或特定的機(jī)械零件集合進(jìn)行拆卸動畫，通過滑塊控制拆卸的程度，用戶能夠動態(tài)地展示機(jī)械結(jié)構(gòu)的拆卸過程，幫助用戶理解機(jī)械零件之間的連接關(guān)系，不僅提供了視覺上的效果，還強(qiáng)化了用戶對機(jī)械結(jié)構(gòu)的操作感知。

48、本發(fā)明所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)越技術(shù)效果如下：

49、1.本發(fā)明所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法通過多尺度、多實(shí)例場景下的高效可視化輔助技術(shù)，能夠準(zhǔn)確建立鐵路系統(tǒng)內(nèi)各個機(jī)械部件之間的關(guān)聯(lián)，形成清晰的連接網(wǎng)絡(luò)，使得復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)得以全面而深入的呈現(xiàn)。

50、2.本發(fā)明所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法在用戶交互方面，創(chuàng)造性地提供了整體模式、集合模式和零件模式等多種交互模式，使用戶能夠靈活地查看機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同層次，通過自然的抓握操作實(shí)現(xiàn)了與不同層次機(jī)械結(jié)構(gòu)的直觀交互，為用戶提供了更全面、更深入地了解機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)會，增強(qiáng)了用戶在沉浸式環(huán)境中的感知和操作體驗。

51、3.本發(fā)明所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法通過結(jié)構(gòu)層次染色和拆卸動畫等創(chuàng)新功能，進(jìn)一步提升了機(jī)械結(jié)構(gòu)的可視化效果。

52、4.本發(fā)明所述沉浸式可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法通過結(jié)構(gòu)層次染色，有助于用戶清晰地識別不同層次的結(jié)構(gòu)，而拆卸動畫則通過動態(tài)展示機(jī)械結(jié)構(gòu)的拆卸過程，幫助用戶更深入理解機(jī)械零件之間的連接關(guān)系，強(qiáng)化了用戶對機(jī)械結(jié)構(gòu)操作的感知。