基于所有权对等转移机制的大型装备CVM中多人协同自然交互控制研究

Collaborative virtual maintenance technique that can support the interactive operations of multi maintenance operators in man-in-loop mode provides an effective approach to the maintenance training of large complex equipment. Real-time natural interaction and related collaborative operation control of multi persons are studied to improve the real-time performance and effectiveness of the collaborative virtual maintenance training. Collaborative maintenance operation process model is established based on the behavior description and knowledge expression of the various elements in collaborative maintenance operation process of the complex equipment. Then the interactive behaviors among multi maintenance operators and maintenance objects as well as maintenance resources are analyzed to establish the human-computer interaction feature model and perform the research on techniques of collaborative and real-time natural interaction control. The techniques of mapping transformation, time synchronization and information compensation for the heterogeneous data and information are applied to ensure the data consistency of interactive operation multi operators in the collaborative virtual maintenance environment. The data distribution management strategy is also studied to improve the interactive efficiency of the data and information. The concurrent conflict control strategy is studied based on the peer transfer mechanism of ownership and simulation time advance mechanism to manage the concurrent accessing and collaborative operation of the shared data and information for multi user nodes. Based on the above work, collaborative human-computer interaction control model is established with the research on collaborative process of multi maintenance operators in different maintenance cooperation modes. And then the collaborative cooperation and intelligent decision in the real-time interaction and maintenance operations of multi trainees are realized.

支持多个维修人员“人在回路”交互操作的协同式虚拟维修技术，为解决大型装备的维修训练难题提供了有效途径。项目针对其中的多人实时自然交互及协同操作控制开展研究，以提高协同式维修训练的实时性和实效性。基于大型装备协同式维修过程中各类要素的行为描述和知识表达，建立协同式维修操作过程模型；进而分析多个维修人员与维修对象、维修资源之间的交互行为，建立人机交互行为特征模型，研究多人协同式自然交互控制技术。利用异构数据信息映射转换、时间同步和信息补偿技术，确保协同式虚拟维修环境中多人交互操作时的数据一致性，并对提高数据交互效率的数据分发管理进行研究。研究基于所有权对等转移和仿真时间推进机制的并发冲突控制策略，控制和管理多个用户节点对共享数据信息的并发访问和协同操作。在此基础上，研究不同维修协作模式下多个维修人员之间的协同操作过程，建立协同式人机交互控制模型，实现多人实时交互与维修操作的协同配合和智能决策。

支持多个维修人员“人在回路”交互操作的协同式虚拟维修技术，为解决大型装备的维修训练难题提供了有效途径，项目针对多人实时自然交互及协同操作控制开展研究，以提高协同式维修训练的实时性和实效性。主要研究研究内容包括基于层次化维修对象及任务的协同式维修操作过程及其人机交互行为特征建模、基于“人在回路”模式的多个维修人员协同式实时自然交互控制、协同式虚拟维修训练环境中异构数据信息的交互通信与协同处理、基于所有权对等转移和仿真时间推进机制的多人协同维修操作控制策略等方面。.1.建立了面向层次化维修对象序列的协同式维修操作过程模型，提供各维修要素的通用化、公式化描述，实现了多个维修人员与维修对象、维修资源的行为描述和知识表达，确保仿真步长能够设置为20ms以内。.2.建立了协同式虚拟维修中人机交互行为特征、手部动作信息描述、实时自然交互控制和人机交互响应等仿真模型，提供各虚拟维修人员空间运动和维修操作的实时自然交互控制方法，以及与各类实体对象的交互操作方式、运动约束关系和交互响应处理，实现了≥2人的“人在回路”协同式维修训练。.3.建立了各类模型中异构数据信息的映射转换、动态调用和交互通信机制，提供了数据信息同步更新和一致性实现方法，确保了各类数据信息的高效交互通信和可靠协同处理，准确率≥99.985%，丢包率≤0.015%。.4.提供了协同式虚拟维修训练环境中实体对象及其属性的所有权对等转移机制和仿真时间推进机制，实现了多个维修人员协同感知、交互处理和配合操作等过程的控制与决策。其中，仿真步长为s=20ms，帧刷新率为40.3-45.2fps，具有较好的运行和训练效果。.研究成果为大型装备协同式虚拟维修训练系统设计与开发提供有效的支撑技术，通过开发具有较好沉浸感协同式虚拟维修环境以及应用系统，实现多个操作号手“人在回路”自然交互式维修操作训练，从而有效培养和提高操作号手的现场维修技能和保障水平，提高武器装备的靠前保障和有效作战能力。