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面向增强现实的船体构件在线检查技术研究
| 论文题名： | 面向增强现实的船体构件在线检查技术研究 |
| 关键词： | 船舶建造;船体构件;在线检查;增强现实 |
| 摘要： | 船舶建造过程中船体构件的自动化检查测量一直是重要环节，当前我国大部分船企在船体构件的检查测量方面所应用的技术手段仍较为传统，自动化程度和精度较差，严重影响建造周期。近年出现的多种新兴技术同样存在适用性不强的缺点。 如果利用增强现实技术将船体构件三维CAD模型作为扩充的内容实时增强定位到完成或正在建造的船体构件场景图像上，现场作业人员就可以快速直观且多角度地比对设计模型和完成结果的差异，同时通过构件相关工艺信息，可以完成更全面的检查测量。为了实现该目标，重要的是合成元素在场景和视觉上以准确可接受的方式实时呈现和对齐，这与虚实配准中的注册跟踪有关。考虑到船体构件以及施工现场环境复杂，本文主要应用VISP库中基于CAD模型的无标志注册跟踪算法框架，就注册跟踪算法实时性、准确性以及鲁棒性对该框架进行改进使之满足船体构件在线检查要求。同时为了满足现场人员易用性，研究了在线检查系统软件的搭建流程。主要研究内容如下： 首先，详细阐述了VISP如何集成不同类型的视觉特征进行注册跟踪的基本原理以及相关算法模块；为了提高注册跟踪算法的准确性和鲁棒性，研究了相机初始位姿的精确估计，主要采用SIFT局部描述检测算子，利用多点匹配求解算法结合随机样本一致性算法以及背景干扰点消除算法精确求解相机初始位姿，并给出了算法适用性评估结果；为了提高注册跟踪算法的实时性，提出了基于替代简化模型的注册跟踪方法，研究了复杂多边形网格模型的突出边缘自动检测与提取，并通过对比实验验证了应用该模型简化算法于注册跟踪算法框架中的优越性。 接着，基于改进后的算法框架进行船体构件在线检查适用性研究。采用三种视觉特征不同组合下的六种注册跟踪方案对不同船体构件进行验证，结果表明融合的视觉特征越多，算法就越准确鲁棒。通过相关指数对最优算法输出结果的可靠性进行判定，结果表明算法实时性、准确性和鲁棒性均满足复杂船体构件在线检查的预期要求。 最后，研究了面向增强现实的船体构件在线检查系统软件在PC端的构建流程，主要包括制造工艺信息建模、模型交互模块以及整个系统模块的设计与实现。利用相关船体构件模型实体验证技术的可行性，模拟结果表明通过搭建的增强现实在线检查系统，作业人员可以直观地检查船体构件的几何形状、空间数量关系以及工艺属性等信息数据是否符合设计要求，最终可以更快更准确地完成相关船体构件检查以及建造任务。 |
| 作者： | 文天天 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李瑞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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