關于增強現實輔助維修關鍵技術研究

李衛鵬 米佳虎

[摘要]隨著科技日益發展與完善，在一定程度上推動著增強現實輔助維修關鍵技術的發展。通常情況下，增強現實輔助維修關鍵技術主要應用于復雜裝備維修領域，該技術憑借自身強大的優勢，可以增進對維修過程的理解，為維修工作提供保障。不但有助于提高維修人員的技術水平，而且能夠保障維修效率。本文主要對增強現實輔助維修關鍵技術在實際維修當中的應用進行分析。

[關鍵詞]增強現實;裝備維修;跟蹤注冊技術;人機交互技術

一、增強現實輔助維修原型系統分析

（一）APPPSM（2013年）

APPPSM原型系統硬件是一種帶有攝像頭的掌上電腦，該系統模塊能夠實現對對標識物與攝像頭相關信息進行計算，能夠描述模塊基于跟蹤模塊的引導下，將DirectX技術生成的3D虛擬技術對象以及相關維修信息等覆蓋在標識物上。APPPSM系統在實際的運行當中，主要采用了一種改進型的注冊技術，以此來解決在野外環境下作業所存在的問題。例如，攝像機標定誤差、背景不均勻以及光照變化帶來的影響。該系統在光伏水泵維修方面應用較為廣泛，不但能夠提高維修效率，降低維修時間，而且還有助于提高維修人員的專業水平。

（二）ACARS（2012年）

ACARS系統與2012年新加坡國立大學，針對傳統AR輔助維修環境等問題，研制出來的一套可編程環境感知增強現實系統。這種系統并非單純的只讀系統，ACARS系統能夠將操作人員的相關業務知識、業務水平、業務素質等，與虛擬維修信息進行有效整合，并能夠讓相關操作人員修改ACARS系統內相關維修信息內容，從而實現維修目標，進一步增強維修的效率與質量。

二、增強現實輔助維修關鍵技術分析

（一）維修對象自然特征識別技術

通常情況下，標識物具有特定的光譜特征，極容易在視頻當中被識別出來。例如，在ARMAR系統運行當中，該系統主要采用了傳感器與基準標識物結合的方式，實現其混合跟蹤的目的。此外，ARTag、FLARTooIKit等，在實際的應用過程當中，能夠處理較為復雜的標識物圖像以及數字符號，并且實現快速跟蹤識別虛實場景。在標識物注冊跟蹤技術應用過程中，相關人員需要預先做好相應的準備工作。例如，零部件、部組件以及記錄標識物與整機等，并且這些標識物的放置要保證在可視的視角內觀察到。此外，部分場合并不適合標識物的放置，在實際的使用當中存在一定的局限。而維修對象自然特征自動識別技術的應用，成功解決了以往技術存在的問題，彌補了以往技術存在的缺陷與不足，并在一定程度上為增強現實輔助維修技術的應用開拓了較為廣闊的空間。

（二）維修對象跟蹤技術

維修對象跟蹤技術在實際應用當中，能夠對維修對象進行準確的跟蹤定位，并且能夠做到對相關操作人員處于運動狀態的情況下，對其頭部攝像機進行準確的跟蹤。維修對象跟蹤技術為增強現實輔助維修的開展提供了重要的技術支持。此外，依據維修對象與攝像機相對關系，將跟蹤注冊分為兩個內容，即由內而外跟蹤與由外而內跟蹤。而基于輪廓、基于核、基于特征點等是當前應用相對較為廣泛的方法。在此過程當中，由于維修對象大多數為人造物，致使其缺乏特征點信息量，導致特征提取不充分。基于輪廓、基于核、基于特征點等方法，對于跟蹤對象的各方面改變存在一定的局限，需要結合實際情況以及基本要求，采取有效措施對其存在的問題加以應對。

（三）基于裸手手勢識別的人機交互技術

增強現實輔助維修原型系統可用性，除了增強其健壯性以外，還需要建立與客戶之間的交互能力。而手勢或者人類行為的直接交互方式，將會成為該系統未來發展的主要趨勢。該系統人機交互主要容納了虛擬提示信息的翻頁、選擇、拉伸、縮放，該系統在實際運行當中，通過數據手套來識別手部動作。通過當前的這種方法，可以提升人手操作的靈活性，進而提高維修保障的總體效率。裸手識別技術相對較為復雜，其涉及諸多方面的因素，例如腕部、指尖等。

（四）增強現實輔助維修原型系統實現與評價方法

當前，在進行AR技術的應用研究過程中，主要體現在算法建模上。而能夠應用于實際維修活動的增強現實輔助維修設備，依然停留在原型系統方面。其一，基于實驗室條件下，要想實現ARSAM原型系統的搭建工作，需預先保證HMD硬件突破;其二，利用已經搭建好的系統，對虛實結合技術、跟蹤注冊技術以及自然特征識別技術等進行驗證。與此同時，利用搭建好的系統能夠實現系統的評價方法研究。而增強現實輔助維修原型系統實現與評價方法是否到位，對于增強現實技術的應用效果具有重要作用。但是，目前我國在該方面的評價方法，還需要不斷地加強完善，許多方面仍然存在一定局限性。

結語

綜上所述，隨著科技的不斷發展與進步，計算機硬件系統與軟件系統得到了技術上的充實，推動著增強現實輔助維修關鍵技術的進一步發展。由于增強現實輔助維修關鍵技術能夠為現實復雜輔助維修提供重要的維修保障，并且在該領域取得了顯著的成效。因此，在增強現實輔助維修關鍵技術的實際應用中，要不斷積累該技術的使用經驗，合理規范操作技術要點，不斷加大科技投入，發揮增強現實輔助維修關鍵技術的優勢，使其更好地為維修工作服務。

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