本發(fā)明涉及一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，屬于水下作業(yè)。

背景技術：

1、水下作業(yè)對潛水員的安全具有至關重要的要求。在實際水下環(huán)境中，潛水員面臨著諸多潛在的危險和挑戰(zhàn)，因此他們必須具備高度的專業(yè)技能和應對能力。為了有效應對這些挑戰(zhàn)，仿真項目成為了一種非常有效的水下作業(yè)培訓方式。通過仿真項目，潛水員可以在虛擬的水下環(huán)境中接受訓練和實踐，模擬各種情景，包括緊急情況和復雜作業(yè)場景。這種模擬訓練不僅能夠提升潛水員的技能水平，還能夠增強他們的應變能力和決策能力。

2、此外，隨著科技的不斷發(fā)展，水下作業(yè)領域也不斷涌現(xiàn)出新的技術和裝備。仿真項目可以為這些新技術的測試和驗證提供重要支持。通過在仿真環(huán)境中模擬新技術的應用場景，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的問題和挑戰(zhàn)，為實際作業(yè)中的技術應用提供參考和指導。因此，仿真項目在提升潛水員技能、降低成本以及促進新技術應用方面發(fā)揮著重要作用，對水下作業(yè)行業(yè)的發(fā)展具有積極的推動作用。

3、傳統(tǒng)的潛水員水下作業(yè)培訓方式通常依賴于實際水下環(huán)境，存在安全風險大、成本高、資源消耗大等問題。近年來，虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展為潛水員水下作業(yè)培訓帶來了新的可能性，但現(xiàn)有的虛擬訓練系統(tǒng)在仿真程度和交互性方面仍有不足之處。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，將虛擬場景與現(xiàn)實環(huán)境疊加融合，實現(xiàn)潛水員高逼真、高沉浸感的水下作業(yè)仿真和操作模擬培訓。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：

3、一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，包括以下步驟：

4、搭建半物理仿真場地，并在半物理仿真場地內集成半物理仿真設備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

5、利用視景仿真軟件構建虛擬場景三維模型并設計不同仿真科目，同時將半物理仿真場地與構建的虛擬場景三維模型進行位置關系映射；

6、將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的設備交互信息和潛水人員的動作信息與視景仿真軟件進行同步，由視景仿真軟件根據(jù)所有數(shù)據(jù)模擬不同仿真科目的三維場景并進行vr場景渲染，實現(xiàn)虛實融合作業(yè)交互仿真。

7、進一步，所述搭建半物理仿真場地，并在半物理仿真場地內集成半物理仿真設備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括：

8、根據(jù)實際需求，確定水下作業(yè)所需的半物理仿真設備種類；

9、基于確定的半物理仿真設備種類，對半物理仿真場地實地測量，并留出半物理仿真設備安裝孔位；

10、將半物理仿真設備安裝在半物理仿真場地，并在半物理仿真設備、半物理仿真場地的相應位置處布置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

11、進一步，所述半物理仿真設備包括半物理仿真設備和半物理仿真工機具；

12、所述半物理仿真設備包括采油樹面板、srm半物理仿真設備、scm半物理仿真設備和跨接管半物理仿真設備；所述采油樹面板用于模擬采油樹設備的操控面板；srm半物理仿真設備、scm半物理仿真設備和跨接管半物理仿真設備分別用于模擬srm水下生產(chǎn)設施模塊、scm水下生產(chǎn)設施模塊以及水下跨接管設備；

13、所述半實物仿真工機具包括t型扳手工具和熱刺工具，用于與所述采油樹面板配合使用，模擬潛水員水下作業(yè)工機具操作。

14、進一步，所述t型扳手工具包括由橫把手和豎把手垂直連接組成的t型扳手本體以及設置在豎把手中部的定位器；

15、所述豎把手前端設有導向座，且所述導向座端部設有用于與所述采油樹面板上設置的半物理仿真控制扳手插槽相匹配的外齒；

16、所述豎把手中間設有階梯孔，所述階梯孔內設有鎖緊柱；

17、所述鎖緊柱為階梯軸，所述鎖緊柱的尾部設有彈簧，且所述彈簧通過蓋板固定在所述豎把手中；

18、所述豎把手上設有導向塊，所述定位器上設有導向槽和鎖緊孔，所述定位器通過所述導向槽沿所述導向塊移動，所述鎖緊柱在到位后在所述彈簧作用下插到所述鎖緊孔中并使所述定位器固定。

19、進一步，所述橫把手的兩端部外側還裝設有安裝盤，且所述安裝盤內裝設有不同規(guī)格的螺絲或螺栓批頭。

20、進一步，所述安裝盤呈扁圓柱形狀，所述安裝盤外周間隔設有若干沉槽，每一沉槽底側均設有用于固定不同規(guī)格螺絲或螺栓批頭的磁鐵。

21、進一步，所述螺絲或螺栓批頭的長度大于所述沉槽內側深度，使得所述螺絲或螺栓批頭能夠由所述沉槽伸出。

22、進一步，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括動作捕捉系統(tǒng)和設備傳感器系統(tǒng)；

23、所述動作捕捉系統(tǒng)包括若干動作捕捉定位器、若干動作捕捉追蹤器和第一服務器；

24、各所述動作捕捉追蹤器安裝于半物理仿真場地的天花板的預設位置處，并實時發(fā)送紅外射線；

25、各動作捕捉定位器安裝于半物理仿真水下生產(chǎn)設施和半物理仿真工機具的預設位置處，用于接收動作捕捉追蹤器發(fā)射的角度和距離信息并發(fā)送到所述第一服務器；

26、所述第一服務器用于利用fpga技術、慣性動捕技術計算半物理仿真場地空間內不同追蹤器發(fā)射的角度和距離，并解算得到當前各所述定位器的位置信息；

27、所述設備傳感器系統(tǒng)包括若干紅外發(fā)射器、若干紅外接收器、處理器和通訊模塊；所述紅外發(fā)射器和紅外接收器設置在半物理仿真設備閥門處的預設位置，用于識別閥門轉動角度；

28、所述處理器用于對各紅外接收器采集的數(shù)據(jù)進行處理，并將數(shù)據(jù)通過所述通訊模塊實時發(fā)送到所述服務器。

29、進一步，所述利用視景仿真軟件構建虛擬場景三維模型并設計不同仿真科目，同時將半物理仿真場地與構建的虛擬場景三維模型進行位置關系映射，包括：

30、利用視景仿真軟件構建虛擬場景三維模型；

31、在虛擬場景三維模型中設計規(guī)劃不同仿真科目，并使得各仿真科目的三維世界坐標原點各不相同；

32、將半物理仿真場地與虛擬場景三維模型進行位置關系映射。

33、進一步，所述視景仿真軟件中設置有三維模型庫模塊、虛擬現(xiàn)實顯示模塊、半物理仿真工機具交互接口、作業(yè)流程仿真模塊、碰撞干涉模塊和水下特效模塊；

34、所述三維模型庫模塊用于模擬三維場景的水下生產(chǎn)設施；

35、所述虛擬現(xiàn)實顯示模塊用于提供將三維畫面輸出到頭戴式vr立體顯示設備；

36、所述半物理仿真工機具交互接口用于將現(xiàn)實世界物體運動信息映射到三維場景，提供現(xiàn)實世界的半實物工機具與虛擬世界的工機具聯(lián)動功能；

37、所述作業(yè)流程仿真模塊用于提供完整的仿真作業(yè)流程；

38、所述碰撞干涉模塊用于提供三維場景內潛水員與設備發(fā)生干涉的預警提示；

39、所述水下特效模塊用于實現(xiàn)三維水下環(huán)境仿真功能。

40、本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：本發(fā)明通過利用虛實融合技術，將虛擬場景與現(xiàn)實環(huán)境疊加融合，實現(xiàn)了潛水員水下作業(yè)的高度仿真和操作模擬培訓，能夠提高潛水員的培訓效率和作業(yè)安全性，降低培訓成本，具有廣闊的應用前景。

技術特征：

1.一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述搭建半物理仿真場地，并在半物理仿真場地內集成半物理仿真設備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括：

3.如權利要求2所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述半物理仿真設備包括半物理仿真設備和半物理仿真工機具；

4.如權利要求3所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述t型扳手工具包括由橫把手和豎把手垂直連接組成的t型扳手本體以及設置在豎把手中部的定位器；

5.如權利要求4所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述橫把手的兩端部外側還裝設有安裝盤，且所述安裝盤內裝設有不同規(guī)格的螺絲或螺栓批頭。

6.如權利要求5所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述安裝盤呈扁圓柱形狀，所述安裝盤外周間隔設有若干沉槽，每一沉槽底側均設有用于固定不同規(guī)格螺絲或螺栓批頭的磁鐵。

7.如權利要求6所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述螺絲或螺栓批頭的長度大于所述沉槽內側深度，使得所述螺絲或螺栓批頭能夠由所述沉槽伸出。

8.如權利要求2所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括動作捕捉系統(tǒng)和設備傳感器系統(tǒng)；

9.如權利要求2所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述利用視景仿真軟件構建虛擬場景三維模型并設計不同仿真科目，同時將半物理仿真場地與構建的虛擬場景三維模型進行位置關系映射，包括：

10.如權利要求9所述的一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，其特征在于，所述視景仿真軟件中設置有三維模型庫模塊、虛擬現(xiàn)實顯示模塊、半物理仿真工機具交互接口、作業(yè)流程仿真模塊、碰撞干涉模塊和水下特效模塊；

技術總結
本發(fā)明涉及一種基于虛實融合實時交互技術的潛水作業(yè)仿真方法，包括以下步驟：搭建半物理仿真場地，并在半物理仿真場地內集成半物理仿真設備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；利用視景仿真軟件構建虛擬場景三維模型并設計不同仿真科目，同時將半物理仿真場地與構建的虛擬場景三維模型進行位置關系映射；將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的設備交互信息和潛水人員的動作信息與視景仿真軟件進行同步，由視景仿真軟件根據(jù)所有數(shù)據(jù)模擬不同仿真科目的三維場景并進行VR場景渲染，實現(xiàn)虛實融合作業(yè)交互仿真。本發(fā)明可以廣泛應用于水下作業(yè)技術領域。

技術研發(fā)人員：李偉,付殿福,尹漢軍,李達,侯廣信,何榛林,張力昂,李書兆,吳露,梁文洲,邵衛(wèi)東
受保護的技術使用者：中海石油（中國）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9