摘要：典型的增强现实系统通过计算图像采集设备的位姿信息，将计算机生成的虚拟模型实时叠加到真实场景中，通过头戴显示器、手机或平板电脑等显示设备将虚实融合后的叠加图像呈现在用户眼前。增强现实技术实现了真实场景与虚拟模型共存，可以在复杂装备维修中为维修人员提供直观灵活的操作流程，并且对于不熟悉复杂装甲装备检测维修的用户也可以通过装甲装备维修引导系统对装甲装备零部件进行维修。可以看出，增强现实维修引导系统对于缩短装甲装备的维护周期、提高维修效率具有重要意义。
关键词：装甲装备；增强现实；维修引导；模块
引言
装甲装备增强现实维修引导系统的设计目的是为了能够使其在实际的维修中具有辅助维修的作用，通过虚拟模型和真实维修场景的实时融合，帮助维修人员快捷、方便地获取维修过程中需要的提示信息。根据某型号装甲装备维修保障工作实际需要，设计并实现了装甲装备增强现实维修引导系统；根据系统各模块的功能，详细介绍了该系统工作流程。
1考核评价指标体系建立
半实物维修训练考核评价中的关键环节之一是建立一个具有科学性、客观性、可行性的评价指标体系。维修训练考核的本质是针对某一故障的维修活动，涉及范围广，影响因素多，因此，在构建指标体系应该全面考虑各种影响因素，做到客观全面，重点突出。操作准确性是指受训人员在维修活动中操作的准确程度，主要包括定位精度、拆装序列和拆装方法3个指标因素。定位精度主要由装配设备位置精度和装配工艺精度决定，其高低直接影响到装配质量的优劣。拆装序列反映零部件的拆装顺序，正确合理的拆装顺序能够提高拆装效率和成功率。
拆装方法包括配合类型、固定方法、装夹方法等，不同的拆装方法产生的误差不同，拆装方法不当或拆装设备使用不当会导致拆装成功率降低，甚至对装备造成损坏。专业知识水平指的是受训人员对维修知识的掌握程度，在考核中主要体现在发现故障的能力和诊断故障的能力。装甲装备火力系统故障种类繁多，并且一种故障可以由不同的故障因素造成。因此，能否根据故障现象发现故障并准确诊断故障原因最能体现受训人员的专业知识水平。操作熟练性反映了受训人员对操作流程、知识掌握的熟练程度，也是衡量维修能力的重要标准，主要包括独立完成能力、工具选择和完成速度3个指标因素。
独立完成能力主要通过求救次数来体现，求救次数越少表明受训人员独立完成能力越强，操作熟练程度也越高。工具选择指的是对维修对象进行维修活动时所需要的工具，装备维修需要的维修工具种类繁多，而且每类工具又有不同的型号，合理熟练的工具选择能够提高维修效率。完成速度是操作熟练性的另一个重要指标，其衡量标准通过受训人员完成维修工作所用实际时间与标准时间相对比来判断。
2功能设计
IETM有丰富的功能，不同的任务和使用人群需要的功能不同，需要功能的深度和范围也不同，因此要结合部队的任务进行功能分析。建立装甲装备IETM功能表，描述子系统的内容、功能，为收集创作资料和建立数据模块需求列表提供依据。确定系统功能后，需要分析系统各个功能子系统之间如何设置、如何联系、如何运行，以合理高效地实现部队所需功能。UML通信图能描述系统内部的布局和各个子系统之间的关系，UML通信图按照空间结构布局，突出对象用什么链接进行信息交互。因此建立装甲装备IETM系统的UML通信图，分析对象之间的链接和数据的交互，官兵操作系统的原理。官兵打开IETM软件，选择角色类别、输入账号和密码登录，然后进入IETM主窗口，主窗口显示5个子系统的链接，官兵选择子系统，进入子系统窗口进行操作。当官兵输入一条信息时，该子系统向数据库服务器发送请求，在数据库中找到相应的数据，组成出版物显示在窗口供官兵浏览。
3增强现实维修引导系统模块化设计
3.1图像采集模块和显示
模块图像采集模块主要由智能设备的摄像头组成，摄像头除了采集图像，将序列图像送入系统处理之外，其本身的各项参数也是增强现实系统中的重点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆需要从序列图像中解算摄像机的各项参数，所以序列图像不能出现模糊的现象。显示模块主要由系统的载体决定，系统的载体可以是笔记本电脑、手机或平板等具有显示功能的移动载体，可以将真实场景与虚拟模型以视频图像的方式呈现。增强现实有多种显示设备来满足各种各样增强现实系统的不同需求，常用的有平透视式头盔显示器、手机和平板电脑、其他便于携带的设备等。然而就本文的实际应用来看，采用移动设备来进行显示，移动设备具有便携的优势，对工作环境的限制较小，使用范围较广。
3.2目标识别模块
目标识别模块主要功能是根据系统发出的维修指令，选择场景中的某个装甲装备零部件进行维修，然后快速识别出该部件在场景的位置，并将其位置发送至跟踪注册模块。
3.3跟踪注册模块
跟踪注册模块的主要功能是通过对维修目标实时跟踪，以不同图像中维修目标的位置来计算出摄像机相对于维修目标的位置和姿态。
3.4数据库和虚实融合模块
数据库是装甲装备维修引导系统的基础内容，它的主要功能是在离线阶段建立三维虚拟模型以及维修信息，并将其以数据的形式储存。通过系统的目标识别模块和跟踪注册模块可以确定维修目标的类型和摄像机实时的位姿信息，在虚实融合模块中可以根据这些信息从已建立好的数据库中选择相应的虚拟模型和维修引导信息并将其准确叠加到视频图像中指定的位置。在进行虚拟模型渲染时，调用了OpenGL底层单元，通过搭建模型和纹理贴图完成虚拟模型的构建。
3.5人机交互模块
人机交互模块是为了方便维修人员对系统提供的功能进行选择，在增强现实系统中常用人机交互方式有语音交互、基于视觉的手势交互等，这些交互方式通常是通过操控增强现实系统中的功能菜单来实现的。由于本文设计的装甲装备增强现实系统的载体是平板电脑等具有硬件显示功能的移动设备，因此本文采用GUI界面的交互形式进行人机交互。
4系统实现
本文中的装甲装备修引导系统以操纵台为对象。操作平台为Windows7系统，使用罗技c920摄像头为图像采集设备。利用Qt[3]设计程序运行界面，界面中显示窗口用于实时显示图像，其大小为640×480；系统状态栏用于显示系统的状态，系统有空闲、识别和跟踪3种状态；摄像机位置包括6个参数，在跟踪状态下将实时计算出这6个参数；故障列表栏用于选择操纵台的故障类型，从而导入不同的维修操作模型。
结束语
本文设计并实现了增强现实装甲装备维修引导系统。对增强现实技术在装甲装备维修的应用方面进行了探索，对系统的整体框架进行了模块化设计，并对各模块的功能进行了介绍，在实际维修环境中对系统的功能进行了展示。本文设计的增强现实系统一定程度上实现了增强现实技术与装甲装备维修保障工作的结合，具有一定的实用价值。
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论文作者:汪正伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：装甲论文; 系统论文; 装备论文; 模块论文; 现实论文; 拆装论文; 功能论文; 《基层建设》2019年第10期论文;