虚拟可视化技术在动车组领域的应用

摘 要：虚拟可视化技术在动车组领域的应用，能够有效提升动车组转向架的维修效率，对提升动车组的整体工作效率具有重要作用。本文对虚拟可视化技术在动车组领域的应用现状进行综合分析的基础上，重点阐述了虚拟可视化技术在动车组领域的应用，以期为相关人士提供借鉴和参考。

关键词：虚拟装配系统；可视化技术；立体显示

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.044

0 引言

随着社会经济的不断发展和生产力的进一步提升，动车组作为高速铁路运输的核心，经过不断地发展和完善，已成为人们首选的出行方式。但动车组各个系统在实际应用的过程中，还存在着信息共享难、维修效率低下的问题，对动车组的发展形成制约。因此，加强虚拟可视化技术在动车组领域的有效应用，具有十分重要的现实意义。

1 虚拟可视化技术在动车组领域的现状

1.1 动车组虚拟装配系统的工作流程

虚拟装配技术实质上是虚拟现实技术与CAD技术的有机融合，利用虚拟现实技术建立虚拟环境，并借助输入和输出设备对其进行操作，能够充分检验动车组的装配性能，从而制定合理的装配方案。虚拟装配系统依据功能与目的的差异，可分为工艺装配、原型装配和产品设计装配三种装配系统，其中，产品设计虚拟装配系统主要是面向产品设计的理论和方法，工艺虚拟装配系统主要是通过采用计算机建立仿真模型的方法，实现产品信息和装配资源的结合。原型虚拟装配系统主要仿真模型模拟相似性能的产品模型制造。为了提升装配工艺的可操作性，动车组装配系统的设计人员综合考虑各种模拟操作，从而及时发现实际操作过程中存在的问题并进行修正，有效防止了事故的发生[1]。

1.2 动车组领域对可视化技术的需求

虚拟可视化技术集图像处理、多媒体技术和人工智能技术于一身，被广泛应用到包括动车组在内的多个领域，经过不断地研发，呈现了不同的发展方向，极大满足了动车组领域的发展需求。首先，由于计算机的计算能力有限，不能满足对动车组装转向架实时绘制的需求，因而需要虚拟采用可视化技术进行图形加速绘制。其次，由于动车组的结构较为复杂，各个零部件之间存在相互遮掩的现象，只有通过虚拟可视化技术才能够对其内部结构实现完整剖析，从而清晰表现各个零部件之间的关系。最后，利用虚拟可视化技术中的立体显示技术，能够提升模型的视觉效果，从而为建立完善的装配系统提供技术支撑[2]。

2 虚拟可视化技术在动车组领域的应用

2.1 剖切技术的实现

传统的二维剖视图只能表示零部件的信息，具有一定的局限性。而三維剖切技术，能够实现对动车组零件的完整剖切，对较为隐蔽的部分也能丝毫不遗漏，充分展示各个零部件之间的位置关系，对于动车装配系统的设计极为重要。国际上一般将三维可视化系统分为五种不同的类型，即单一剖切面、旋转剖切面、阶梯剖切面、复合剖切面和倾斜剖切面。其中，平面剖切是采用最多的剖切形式。各种剖切类型依据OSG图形系统作为理论支撑，实现剖切动作。其实现的基本原理为，首先在三维空间建立剖面方程，然后使剖面与零部件相交，产生相交点m，设剖面的方程的法向量N=（A，B，C），则当m和n的夹角大于180度小于360度时，表示m点被完整剖切。当向量n与x轴平行时，则表明该剖切类型为平行或者垂直剖切，当对向量n进行任意赋值时，表明采用的是倾斜的剖切方式。通过在零部件上建立包围盒，可以实现旋转剖切，在旋转剖切的基础上，实现两个横截面的相交，并变换节点位置，能够完成阶梯剖切。

2.2 立体显示技术的实现

立体显示技术是虚拟可视化技术的关键部分，利用立体显示技术，能够使人们产生身临其境的感觉，有利于建立完善的立体模型。通过人的两个眼睛通过对物体位移距离图像的判定，产生立体效果，而电脑屏幕只有一个，因此，必须依靠立体显示技术，建立立体模型。首先应通过改变色差来营造立体效果。图像与视网膜之间的水平距离被称为视差，视差分为零视差、正视差、负视差和发散视差几种。其中，零视差相当于图像与视网膜之间存在无限距离，正视差的成像位置在视网膜后方，负视差成像位置在人眼与电脑屏幕之间，发散视差出现的几率很小。同时还可将视差分为垂直视差和水平视差，垂直视差不利于在脑海中形成立体图像，而水平视差具有良好的立体图像显示效果，因此，应格外重视水平视差在立体显示技术中的应用。

其次在显示方式的选择过程中，要综合利用分色技术、分光技术、分时技术和自由立体显示技术。分色技术利用显示器对图像的亮度和颜色进行感知，将图像信息进行二次过滤，第一次过滤掉左眼中的蓝色和绿色图像信息，第二次是观众戴上滤色眼镜。分光技术利用偏振光的原理，在电脑屏幕上插入偏振片，实现分像功能。分时技术利用人眼的视觉短暂性，不断切换显示器，从而形成连续的画面，产生立体图像的效果。自由立体显示技术采用视差照明的方式，用户无需佩戴眼镜，只需通过一块光栅板，就能分别在左眼和右眼呈现立体图像，用户在观看显示器的过程中，还可以同时进行其他工作，具有灵活性的特点，较为适用于动车组系统。

3 总结

通过以上研究发现，虚拟可视化技术在动车组领域的有效应用，能够有效提升动车转向架的维修效率，清晰的表达动车组装配系统内各零部件之间的关系。在此基础上，加强剖切技术和立体显示技术在动车组装配系统中的有效应用，能够完整表现被遮掩的零部件信息，提升维修的效率。因此，在应用虚拟可视化技术的过程中，可以采用上述方法。

参考文献：

[1]肖伯祥，郭新宇，吴升.基于位置动力学的植物动态虚拟仿真方法[J].中国农业科技导报，2017，1903：56-62.（2017-03-02）[2017-08-07].

[2]朱秀娟，王玲，吴旭生，李峥.临近空间飞行器多通道全流程可视化演示系统[J].计算机仿真，2015，3201：78-82.[2017-08-07].

作者简介：孙开龙（1987-），男，山东平度人，本科，助理工程师，研究方向：售后服务。endprint