工控組態(tài)軟件三維監(jiān)控界面人機(jī)交互技術(shù)的研究.pdf

1、伴隨著DCS在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,監(jiān)控組態(tài)軟件作為DCS軟件系統(tǒng)的重要組成部分得到了飛速發(fā)展,已經(jīng)成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心。然而,當(dāng)前組態(tài)軟件構(gòu)建的人機(jī)監(jiān)控界面存在著諸多不足,如人機(jī)交互性差、工藝流程畫(huà)面表現(xiàn)力弱、動(dòng)畫(huà)呆板等。監(jiān)控人員長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)這種監(jiān)控界面,很容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞,導(dǎo)致誤操作。于是人們對(duì)組態(tài)軟件提出了更高的要求,希望能夠生成更加人性化、交互性強(qiáng)以及高效的人機(jī)監(jiān)控界面。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自從它誕生以來(lái),一直受

2、到人們的廣泛關(guān)注。被應(yīng)用到軍事、游戲制作、藝術(shù)等眾多領(lǐng)域。借助虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控同樣具有十分重要的價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景,它將改變現(xiàn)有工業(yè)組態(tài)軟件中簡(jiǎn)單、枯燥的人機(jī)交互形式。 虛擬環(huán)境的人機(jī)交互不同于傳統(tǒng)的WIMP圖形交互技術(shù),除了多通道交互手段這個(gè)特點(diǎn)之外,還有的一個(gè)鮮明特點(diǎn)是虛擬環(huán)境中采用六自由度輸入設(shè)備的交互方式。由于自由度的增加,使得三維交互的復(fù)雜性大大提高。其次,窗口、菜單、圖標(biāo)和傳統(tǒng)的二維光標(biāo)在三維交互環(huán)

3、境缺乏空間感,同時(shí)也使得交互過(guò)程非常不自然,交互操作任務(wù)很難方便地執(zhí)行,因此,交互方式的改進(jìn),甚至提出新形式的交互成為重要的研究課題。 為此,本論文在分析了當(dāng)前虛擬環(huán)境的人機(jī)交互技術(shù)不足的基礎(chǔ)上,結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù),以及智能控制等領(lǐng)域的研究成果,開(kāi)發(fā)出更具人性化,模擬自然交互方式的人機(jī)交互平臺(tái),并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。主要成果為： (1)實(shí)現(xiàn)了一種智能化創(chuàng)建三維虛擬場(chǎng)景平面導(dǎo)航圖的方法,開(kāi)發(fā)出靈活,實(shí)用

4、的平面導(dǎo)航圖,增強(qiáng)了三維監(jiān)控界面人機(jī)交互的能力?？偨Y(jié)常見(jiàn)的平面導(dǎo)航圖的創(chuàng)建方法,分析他們的優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)虛擬場(chǎng)景建立的快速性需要,設(shè)計(jì)了一種滿(mǎn)足該要求的導(dǎo)航圖的創(chuàng)建方法,開(kāi)發(fā)出具有指導(dǎo)自動(dòng)化工作人員虛擬漫游,以及完成目標(biāo)查找任務(wù)的平面導(dǎo)航圖。實(shí)驗(yàn)證明該方法能自動(dòng)根據(jù)場(chǎng)景建立相應(yīng)的平面導(dǎo)航圖,并能根據(jù)場(chǎng)景的改變而實(shí)時(shí)變化。 (2)在適用于工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的三維交互界面中,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種在虛擬漫游中基于檢測(cè)視線相交距離的智能碰撞檢測(cè)算

5、法。本文利用模糊技術(shù)魯棒性強(qiáng)和在解決不確定性問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì),將模糊邏輯應(yīng)用在根據(jù)碰撞檢測(cè)相交距離來(lái)控制視點(diǎn)移動(dòng)的步長(zhǎng)上。這方法改變了以往三維虛擬場(chǎng)景以固定步長(zhǎng)漫游的呆板性,它能實(shí)時(shí)檢測(cè)漫游者視線與物體的距離,并根據(jù)該距離實(shí)時(shí)調(diào)整漫游步長(zhǎng),提醒漫游者改變方向,解決了由于視點(diǎn)移動(dòng)速度固定帶來(lái)的難以捕捉較小的監(jiān)控設(shè)備、觀察儀表的數(shù)據(jù)等問(wèn)題,以達(dá)到更好的監(jiān)視控制場(chǎng)景設(shè)備的目的。 (3)針對(duì)三維虛擬場(chǎng)景中,交互操作復(fù)雜多樣,精度低等缺點(diǎn),實(shí)