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

1、伴隨著DCS在工業(yè)過程控制系統(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)代計算機控制系統(tǒng)的核心。然而,當(dāng)前組態(tài)軟件構(gòu)建的人機監(jiān)控界面存在著諸多不足,如人機交互性差、工藝流程畫面表現(xiàn)力弱、動畫呆板等。監(jiān)控人員長時間面對這種監(jiān)控界面,很容易產(chǎn)生視覺疲勞,導(dǎo)致誤操作。于是人們對組態(tài)軟件提出了更高的要求,希望能夠生成更加人性化、交互性強以及高效的人機監(jiān)控界面。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)自從它誕生以來,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)實環(huán)境完成對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控同樣具有十分重要的價值和廣闊的應(yīng)用前景,它將改變現(xiàn)有工業(yè)組態(tài)軟件中簡單、枯燥的人機交互形式。 虛擬環(huán)境的人機交互不同于傳統(tǒng)的WIMP圖形交互技術(shù),除了多通道交互手段這個特點之外,還有的一個鮮明特點是虛擬環(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、圖標和傳統(tǒng)的二維光標在三維交互環(huán)

3、境缺乏空間感,同時也使得交互過程非常不自然,交互操作任務(wù)很難方便地執(zhí)行,因此,交互方式的改進,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)境的人機交互技術(shù)不足的基礎(chǔ)上,結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機交互技術(shù),以及智能控制等領(lǐng)域的研究成果,開發(fā)出更具人性化,模擬自然交互方式的人機交互平臺,并對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。主要成果為： (1)實現(xiàn)了一種智能化創(chuàng)建三維虛擬場景平面導(dǎo)航圖的方法,開發(fā)出靈活,實用

4、的平面導(dǎo)航圖,增強了三維監(jiān)控界面人機交互的能力?？偨Y(jié)常見的平面導(dǎo)航圖的創(chuàng)建方法,分析他們的優(yōu)缺點,并根據(jù)虛擬場景建立的快速性需要,設(shè)計了一種滿足該要求的導(dǎo)航圖的創(chuàng)建方法,開發(fā)出具有指導(dǎo)自動化工作人員虛擬漫游,以及完成目標查找任務(wù)的平面導(dǎo)航圖。實驗證明該方法能自動根據(jù)場景建立相應(yīng)的平面導(dǎo)航圖,并能根據(jù)場景的改變而實時變化。 (2)在適用于工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的三維交互界面中,設(shè)計并實現(xiàn)了一種在虛擬漫游中基于檢測視線相交距離的智能碰撞檢測算

5、法。本文利用模糊技術(shù)魯棒性強和在解決不確定性問題上的優(yōu)勢,將模糊邏輯應(yīng)用在根據(jù)碰撞檢測相交距離來控制視點移動的步長上。這方法改變了以往三維虛擬場景以固定步長漫游的呆板性,它能實時檢測漫游者視線與物體的距離,并根據(jù)該距離實時調(diào)整漫游步長,提醒漫游者改變方向,解決了由于視點移動速度固定帶來的難以捕捉較小的監(jiān)控設(shè)備、觀察儀表的數(shù)據(jù)等問題,以達到更好的監(jiān)視控制場景設(shè)備的目的。 (3)針對三維虛擬場景中,交互操作復(fù)雜多樣,精度低等缺點,實