一种门式起重机虚拟吊装培训系统及培训方法

摘要

本发明涉及一种门式起重机虚拟吊装培训系统及培训方法。该门式起重机虚拟吊装培训系统包括吊装操作模块、报警显示模块，运动约束模块以及实时监控模块，所述门式起重机虚拟吊装培训系统还包括操作评估模块，所述操作评估模块用于在虚拟场景中对受训人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作员操作的熟练度、准确度进行评估考核，所述操作评估模块包括通信IC，通信IC接收受训人员操作信息并与标准吊装程序对比，并得出评估报告，所述评估报告包括操作完成度以及熟练度。本发明通过设置操作评估模块有助于受训人员针对性补强，从而有助于降低实操过程中人为事故的发生概率。

权利要求

1.一种门式起重机虚拟吊装培训系统，包括吊装操作模块、报警显示模块，运动约束模块以及实时监控模块，其特征在于：所述门式起重机虚拟吊装培训系统还包括操作评估模块，所述操作评估模块用于在虚拟场景中对受训人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作员操作的熟练度、准确度进行评估考核，所述操作评估模块包括通信IC，通信IC接收受训人员操作信息并与标准吊装程序对比，得出评估报告，所述评估报告包括操作完成度以及熟练度；

所述门式起重机虚拟吊装培训系统包括情感分析模块，所述情感分析模块用于分析受训人员在操作过程中所遇到的难点，并进行标记，标记后可重复引导受训人员操作所述难点；利用红外式光电传感器采集受训人员心率，通过心率对比分析了解当前状态下受训人员内心情况，并对心率较高时的操作动作进行标记；系统在后台加入所有受训人员习惯性动作数据，受训人员通过输入个人信息，系统提取当前受训人员习惯性动作，与信息库中动作数据做对比，分析当前受训人员动作变化，并结合多模态情感模型剖析当前操作是否为失误操作，系统进行重点标记并反馈给受训人员；

所述情感分析模块包括情感数据收集单元、情感数据处理单元，所述情感数据收集单元用于收集受训人员的情感数据，所述情感数据收集单元包括摄像头、红外式光电传感器、语音输入输出设备，所述情感数据处理单元基于摄像头、红外式光电传感器、语音输入输出设备的输入数据，计算受训人员操作时多方面分析受训人员状态；所述情感分析模块还包括反馈调整单元，所述反馈调整单元用于针对不同受训人员提供个性化的支持服务，并根据实时可视化情感分析将受训者操作状态反馈到系统中比对标准状态后进行个性化调整，适当改变受训者单一环节操作任务；

所述反馈调整单元包括串接的电感线圈、非门电路、RC滤波器、变送器、功率放大器和过压保护器。

2.根据权利要求1任一项所述的门式起重机虚拟吊装培训系统，其特征在于：所述吊装操作模块通过系统内部指令控制门式起重机模型，模型运动过程中，模拟器指令可实现对运动过程的调整，完成吊装操作。

3.根据权利要求1任一项所述的门式起重机虚拟吊装培训系统，其特征在于：所述报警显示模块用于显示吊装场景的事实运动状态，并在吊装完成后发出报警提示。

4.根据权利要求1任一项所述的门式起重机虚拟吊装培训系统，其特征在于：所述运动约束模块用于结合实际吊装环境，对虚拟场景中可控部件添加约束范围，并利用物理引擎实时模拟部件运动状态，贴合真实环境。

5.根据权利要求1任一项所述的门式起重机虚拟吊装培训系统，其特征在于：所述实时监控模块用于对吊装过程中的各个环节进行多角度监控，所述运动约束模块包括多台摄像机以及与摄像机信号连接的显示器。

6.一种门式起重机虚拟吊装培训方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的门式起重机虚拟吊装培训系统：包括准备工作方法和应用工作方法，其中，所述准备工作方法包括以下操作步骤：S1：依托FBX模型，对门式起重机、船台以及船体分段建模，将模型导入仿真平台，根据门式起重机吊装操作规程编写脚本程序，实现虚拟场景中门式起重机的吊装；

S2:在虚拟场景中依照真实门式起重机监控摄像机的分布情况添加监控组件，将其监控画面呈现在驾控室显示器上，实时显示吊装过程；

S3：在真实门式起重机集控操作平台中添加操作评估模块，用于在虚拟场景中对受训人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作员操作的熟练度、准确度进行评估考核。

7.根据权利要求6所述的门式起重机虚拟吊装培训方法，其特征在于：所述应用工作方法包括以下步骤：

S1：指导受训者熟悉操作室摇杆和按钮功能，并对操作规范流程进行详细解读；

S2：调整深度摄像头位置用来采集受训者面部图像，利用红外式光电传感器采集受训者心率，对受训者操作动作进行保存记录；

S3：进行吊装操作，实时观察受训者状态，得出培训结果。

说明书

一种门式起重机虚拟吊装培训系统及培训方法

技术领域

[0001] 本发明涉及模拟教学领域，特别是涉及一种门式起重机虚拟吊装培训系统及培训方法。

背景技术

[0002] 随着中国经济高速发展，国内石油化工、水利水电、基础设施项目等规模越来越大，其单机设备也越来越大型化、精密化；并且由于模块化施工的逐渐推行，体积更大、重量更重的大型模块也不断涌现出来。吊装物的大型化、重型化，使得吊装工艺要求越发严苛，需要保证吊装物的准确吊装与防碰撞，难度远超以往的吊装作业。

[0003] 门式起重机又称为龙门吊，是桥架通过两侧支腿支撑在地面轨道上的桥架型起重机，主要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业，船厂常用于船台拼装船体。门式起重机操作难度大，危险性高，对操作人员有很高的技术要求，但是对于从事吊装领域的新人们来说，在培训过程中受到时间、空间和培训成本的限制，实际操作的机会并不是很多，主要是通过多媒体课堂进行培训教学，信息部分呈现，互动性不足，难以调动学员积极性，上岗后缺乏实操经验，易发生人为失误操作的生产事故。

[0004] 为此，授权公告号为CN105819339B的中国发明专利公开了一种大型吊装作业虚拟指挥舱及其工作方法，该虚拟指挥舱包括实景监控系统、虚拟引导系统、精准定位系统和吊装力学分析系统；该虚拟指挥舱为一线指挥人员提供准确、直观的预报警信息，向起重机驾驶员给出统一、标准化的吊装指令，协助起重机驾驶员顺利、安全完成吊装作业，为大型吊装作业提供安全、实时、有效的技术保障。众所周知的，操作人员在操作过程中难免存在操作不熟练的地方，但是对于上述虚拟指挥舱操作员并不一定能够及时获知操作不熟练的地方，操作不熟练的操作员实操时，容易发生因人为操作失误而造成的生产事故。

发明内容

[0005] 针对上述技术问题，本发明提供了一种门式起重机虚拟吊装培训系统及培训方法，以解决现有技术中的起重机虚拟吊装培训系统因不能对操作人员操作评估而导致易发生人为事故的技术问题。

[0006] 本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统的技术方案是：

[0007] 一种门式起重机虚拟吊装培训系统，包括吊装操作模块、报警显示模块，运动约束模块以及实时监控模块，所述门式起重机虚拟吊装培训系统还包括操作评估模块，所述操作评估模块用于在虚拟场景中对受训人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作员操作的熟练度、准确度进行评估考核，所述操作评估模块包括通信IC，通信IC接收受训人员操作信息并与标准吊装程序对比，并得出评估报告，所述评估报告包括操作完成度以及熟练度。

[0008] 进一步的，所述门式起重机虚拟吊装培训系统包括情感分析模块，所述情感分析模块用于分析受训人员在操作过程中所遇到的难点，并进行标记，标记后可重复引导受训人员操作所述难点；利用红外式光电传感器采集受训人员心率，通过心率对比分析了解当前状态下受训人员内心情况，并对心率较高时的操作动作进行标记；系统在后台加入所有受训人员习惯性动作数据，受训人员通过输入个人信息，系统提取当前受训人员习惯性动作，与信息库中动作数据做对比，分析当前受训人员动作变化，并结合多模态情感模型剖析当前操作是否为失误操作，系统进行重点标记并反馈给受训人员。

[0009] 进一步的，所述情感分析模块包括情感数据收集单元、情感数据处理单元，所述情感收集单元用于收集受训人员的情感数据，所述数据收集单元包括摄像头、红外式光电传感器、语音输入输出设备，所述情感数据处理单元基于摄像头、红外式光电传感器、语音输入输出设备的输入数据，计算受训人员操作时多方面分析受训人员状态。

[0010] 进一步的，所述情感分析模块还包括反馈调整单元，所述反馈调整单元用于针对不同受训人员提供个性化的支持服务，并根据实时可视化情感分析将受训者操作状态反馈到系统中比对标准状态后进行个性化调整，适当改变受训者单一环节操作任务；所述反馈调整单元包括串接的电感线圈、非门电路、RC滤波器、变送器、功率放大器和过压保护器。

[0011] 进一步的，所述吊装操作模块通过系统内部指令控制门式起重机模型，模型运动过程中，模拟器指令可实现对运动过程的调整，完成吊装操作。

[0012] 进一步的，所述报警指示模块用于显示吊装场景的事实运动状态，并在吊装完成后发出报警提示。

[0013] 进一步的，所述运动约束模块用于结合实际吊装环境，对虚拟场景中可控部件添加约束范围，并利用物理引擎实时模拟部件运动状态，贴合真实环境。

[0014] 进一步的，所述实时监控模块用于对吊装过程中的各个环节进行多角度监控，所述运动约束模块包括多台摄像机以及与摄像机信号连接的显示器。

[0015] 本发明的一种门式起重机虚拟吊装培训方法的技术方案是：

[0016] 一种门式起重机虚拟吊装培训方法包括准备工作方法和应用工作方法，其中，所述准备工作方法包括以下操作步骤：

[0017] S1：依托FBX模型，对门式起重机、船台以及船体分段建模，将模型导入仿真平台，根据门式起重机吊装操作规程编写脚本程序，实现虚拟场景中门式起重机的吊装；

[0018] S2:在虚拟场景中依照真实门式起重机监控摄像机的分布情况添加监控组件，将其监控画面呈现在驾控室显示器上，实时显示吊装过程；

[0019] S3：在真实门式起重机集控操作平台中添加操作评估模块，用于在虚拟场景中对受训人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作员操作的熟练度、准确度进行评估考核。

[0020] 进一步的，所述应用工作方法包括以下步骤：

[0021] S1：指导受训者熟悉操作室摇杆和按钮功能，并对操作规范流程进行详细解读；

[0022] S2：调整深度摄像头位置用来采集受训者面部图像，利用红外式光电传感器采集受训者心率，对受训者操作动作进行保存记录；

[0023] S3：进行吊装操作，实时观察受训者状态，得出培训结果。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] (1)本发明提供了一种门式起重机虚拟吊装培训系统，通过设置操作评估模块在虚拟场景中对受训人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作员操作的熟练度、准确度进行评估考核。评估考核结果使受训人员能够及时发现自己的不足之处，有助于受训人员针对性补强，从而有助于降低实操过程中人为事故的发生概率。

[0026] (2)通过在模拟操作室进行吊装操作，完成较高精度的吊装贴合，并且操作过程中能够方便观察操作进度，也能实时从感官认知整体吊装工序，脱离现实复杂的培训环境，更能激发学习的热情。

[0027] (3)本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统涵盖门式起重机吊装操作工序，通过规划精准移动路径和接触部件，形成了高精度模型吊装虚拟场景，与真实吊装场景有较高相似度，相较于传统培训方法，较大程度上弥补学员参与度不高的问题。

[0028] (4)本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统采用层次模型和树状结构，多显示环节与多控制回路间能够相互响应，共同作为模拟操作室输出单元。

[0029] (5)本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统具备场景中全角度监控，监控镜头可依据操作位置进行自调，保证监控角度无遮挡，场景模型也能够在自身物理引擎下实时检测周围碰撞单元。

附图说明

[0030] 图1是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统的原理图；

[0031] 图2是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统的操作流程图；

[0032] 图3是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中情感数据收集单元的原理图；

[0033] 图4是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中实时监控模块的原理图；

[0034] 图5是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中报警显示模块的原理图；

[0035] 图6是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中运动约束模块的原理图；

[0036] 图7是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中人机交换接口模块的原理图；

[0037] 图8是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中场景管理控制模块的原理图；

[0038] 图9是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中情感数据处理与分析单元模块的原理图；

[0039] 图10是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中培训反馈调整模块的原理图；

[0040] 图11是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中模型解析模块的原理图；

[0041] 图12是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中吊装操作模块的原理图；

[0042] 图13是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中视景生效操作界面渲染模块的原理图；

[0043] 图14是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中装配评估模块的原理图；

[0044] 图15是本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统中培训情感数据可视化模块的原理图；

具体实施方式

[0045] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0046] 本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统的具体实施例一，如图1、图2所示，包括吊装操作模块、报警显示模块，运动约束模块、实时监控模块、情感分析模块以及操作评估模块。

[0047] 其中，参照图12所示，吊装操作模块包括电源、电阻、可调电阻、电位器和电容，电源、电阻、可调电阻、电位器和电容依次相连。吊装操作模块是指通过系统内部指令控制门式起重机模型，模型运动过程中，模拟器指令可实现对运动过程的调整，完成吊装操作。

[0048] 参照图5所示，报警显示模块包括信号采集器、运放整流调整器、A/D转换器、单片机、载波信号锁相器和选频放大器，信号采集器、运放整流调整器、A/D转换器、单片机、载波信号锁相器和选频放大器依次相连，单片机分别于信号采集器、运放整流调整器、A/D转换器、载波信号锁相器和选频放大器相连。报警指示模块包括模型运动显示模块和吊装到位提示模块。模型运动显示模块用于显示吊装场景的实时运动状态；吊装到位提示模块指吊装操作结束后输出结束指令，提示吊装已完成。

[0049] 参照图6所示，运动约束模块包括共模抑制器、低通滤波器、放大器、减法电路、数据采集器、模数转换器、数字滤波器和上位机，共模抑制器、低通滤波器、放大器、减法电路、数据采集器、模数转换器、数字滤波器和上位机依次相连。运动约束模块是结合实际吊装环境，对虚拟场景中可控部件添加约束范围，并利用物理引擎实时模拟部件运动状态，贴合真实环境。

[0050] 如图4所示，实时监控模块包括FMH‑461电源模块、电流传感器、整流器、开关、光耦合器和单片机，FMH‑461电源模块、电流传感器、整流器、开关、光耦合器和单片机依次相连，单片机分别于FMH‑461电源模块、电流传感器、开关、整流器和光耦合器相连。实时监控模块主要由吊装场景中多台摄像机联合控制，多机位交叉对吊装环节进行多角度监控，并在环形显示屏显示监控画面。

[0051] 如图14所示，装配评估模块包括通信IC集成与电子变压器，通信IC集成与电子变压器依次相连。操作评估模块用于对操作人员的培训和评估，在虚拟场景中对操作人员的吊装操作进行技术培训，并根据操作的熟练度、准确度进行评估考核。

[0052] 情感培训模型包括情感数据收集单元、情感数据处理单元、培训情感数据可视化单元和培训反馈调整单元。

[0053] 如图3所示，情感数据采集单元主要实现了对受训者的情感数据采集功能。情感数据采集单元包括深度摄像头、红外式光电传感器、语音输入输出设备、CPLD、A/D转换器、数字信号处理器和PXI接口电路，CPLD、A/D转换器、数字信号处理器和PXI接口电路依次相连，CPLD分别与A/D转换器、数字信号处理器和PXI接口电路相连。情感数据采集单元借助深度摄像头、红外式光电传感器、语音输入输出设备等捕捉受训者的脸部表情、心率状态和语音信息，基于爬虫技术采集受训者在平台发布的信息。

[0054] 参照图9所示，情感数据处理单元包括放大器、A/D转换器、存储器、DSP处理器、FPGA处理器、第一存储器、第二存储器和串行总线，放大器、A/D转换器、存储器、DSP处理器、FPGA处理器、第一存储器、第二存储器和串行总线依次连接。情感数据处理单元是指原型系统的人脸表情识别是基于深度摄像头获取人脸面部运动单元，从而提取情感特征并进行情感分类；心率状态是基于受训者当前操作心率采集分析；语音情感是基于受训者发表的语音内容等进行识别。基于语音、心率及人脸表情情感识别结果，分别赋予不同权重，进行加权平均法计算，计算受训者操作时多方面分析受训者状态，并重点标记数值高时的受影响动作，进行记录保存。

[0055] 参照图15所示，培训情感数据可视化单元包括图像采集器、射频识别器、存储器、无限片集成和电锁，图像采集器、射频识别器、存储器、无限片集成和电锁依次连接。培训情感数据可视化单元指根据可视化能够更直观的反映受训者的情感变化状态。

[0056] 参照图10所示，培训反馈调整单元包括电感线圈、非门电路、RC滤波器、变送器、功率放大器和过压保护器，电感线圈、非门电路、RC滤波器、变送器、功率放大器和过压保护器依次连接。培训反馈调整单元是多模态情感计算系统最重要的部分。理想的培训反馈调整模块应该针对不同受训者提供个性化的支持服务，并根据实时可视化情感分析将受训者操作状态反馈到系统中比对标准状态后进行个性化调整，适当改变受训者单一环节操作任务。

[0057] 人机交互接口模块是将模拟器的操作输入信号经数据转换为数字信号，送入动力学模型中进行计算，形成控制场景中门式起重机部件运动和渲染的信号，并将仿真结果输出到环形显示屏上，从而对吊装过程进行模拟。如图7所示，人机交互接口模块包括光传感器、加速度计、陀螺仪、红外传感器、光敏电阻、电容传感器、控制器、上位机和图像深度传感器，光传感器、加速度计、陀螺仪、红外传感器、光敏电阻、电容传感器、控制器、上位机和图像深度传感器依次连接，控制器分别与光传感器、加速度计、陀螺仪、红外传感器、光敏电阻、电容传感器、上位机和图像深度传感器相连。

[0058] 场景管理控制模块是将模拟器中其余模块进行关联，并结合动力学模型，通过处理消息函数，完成场景调入、人机交互、声效处理和视景渲染等内容。如图13所示，视景声效操作界面渲染模块包括图形化界面模块GUI、着色器代码编辑模块ASE、3D预览模块和渲染实现模块，图形化界面模块GUI、着色器代码编辑模块ASE、3D预览模块和渲染实现模块依次连接。视景声效操作界面渲染模块是将动力模型中计算好的操作函数及控制参数和门式起重机位置信息，通过一系列变换后将虚拟场景渲染显示到环形显示屏上，并将操作者操作时周围环境进行显示。如图8所示，场景管理控制模块包括参数采集单元、动作执行单元、通讯管理单元和通讯总线，参数采集单元、动作执行单元、通讯管理单元和通讯总线依次相连。

[0059] 声效输出模块是根据门式起重机运动状态和操作人员控制输入反馈回来的警报信息。如图11所示模型解析模块包括感应器、放大器、滤波器、增强器、解码器、赋频单元和编码单元，感应器、放大器、滤波器、增强器、解码器、赋频单元和编码单元依次连接。模型解析模块是将操作系统中的场景模型经仿真软件预存场景贴图，在系统运行时直接调用贴图，提高场景检索速度和渲染质量。

[0060] 本发明的门式起重机虚拟吊装培训方法的具体实施例，包括准备工作方法和应用工作方法，其中，准备工作方法包括如下操作步骤：

[0061] S1：在仿真平台中完成门式起重机吊装场景的搭建，实现门式起重机吊装操作仿真。本实施例采用画图软件建立三维模型，包括门式起重机、船台以及船体分段模型，接着在建模软件中赋予模型材质，并将其转化为FBX格式，导入仿真平台，对整体门式起重机模型进行烘培和渲染，完成搭建门式起重机虚拟吊装场景。

[0062] 完善门式起重机虚拟吊装场景模型：使用绳索组件构建具备动态物理特性的仿真钢丝绳模型；分别给上下小车、吊钩、船体分段等模型添加刚体、碰撞器组件；对上下小车、吊钩的运动添加约束。

[0063] 根据门式起重机吊装操作规程编写脚本程序，实现虚拟场景中门式起重机的吊装动作。

[0064] S2：在构建的虚拟场景中添加吊装分段间的碰撞检测及监控组件，来确保门式起重机的精确吊装。在虚拟场景中依照真实门式起重机监控摄像机的分布情况添加监控组件，将其监控画面呈现在驾控室显示器上，实时显示吊装过程。对吊钩、吊装分段、拼接分段施加碰撞检测，在吊装过程中对操作人员进行提示，确保门式起重机的精确吊装。

[0065] S3：在真实门式起重机集控室操作平台操作虚拟场景中的吊装仿真，并利用环形显示屏，对吊装操作进行实时监控，用户在操作平台完成操作、培训功能。

[0066] 通过数据连接，操作平台的操作人员通过移动控制器面板上对应摇杆，门吊中对应部件进行移动，并可通过按下速度旋钮对部件移动速度进行范围约束，当对齐工件和待对齐工件的某一轴，如x轴，此时对齐指示灯亮起，之后再完成剩下两轴的对齐；当所有轴对齐后，完成吊装。在吊装过程中，操作人员通过显示屏观察工件位置，避免工件发生移动阻碍。

[0067] 操作平台包括本发明的门式起重机虚拟吊装培训系统及相应功能组件；操作平台包括功能控制按钮、报警显示灯、控制操作摇杆和环形显示器。根据门式起重机操作的要求，综合运用模型解析、三维图形渲染、人机交互、声音处理等技术，方便在仿真平台中实现交互控制和场景的显示和调度。

[0068] 该仿真平台针对门式起重机常态和干扰状态下的运动形式，采用风场模型进行分析，判断特殊情况下干扰量是否超出门式起重机组件承载范围，并对干扰量范围进行约束。

[0069] 该操作平台具备培训功能，在操作平台进行仿真吊装操作，在环形显示器观看吊装过程，完成精确吊装；采用多模态情感培训模型收集操作人员培训情感数据和操作人员习惯性动作数据，并实时分析数据了解操作人员操作状态及操作难点，并给予反馈调整，此环节可达到培训操作人员的目的。

[0070] 应用工作方法包括如下操作步骤：

[0071] S1：指导受训者熟悉操作室摇杆和按钮功能，并对操作规范流程进行详细解读。

[0072] S2：调整深度摄像头位置用来采集受训者面部图像，利用红外式光电传感器采集受训者心率，对受训者操作动作进行保存记录。

[0073] S3：进行吊装操作，实时观察受训者状态，得出培训结果。

[0074] 在S1步骤中，操作室与真实门式起重机操作室相同，摇杆包括上小车及吊钩移动摇杆、下小车及吊钩移动摇杆、大车移动摇杆和吊钩正反向摇杆，按钮包括急停按钮、各小车速度转换按钮和复位按钮。

[0075] 在S2步骤中，采用深度摄像机采集受训者面部表情图像，在情感分析模块中分析计算受训者在操作过程中所遇到的难点，系统标记后，可重复引导受训者操作难点；利用红外式光电传感器采集受训者心率，通过心率对比分析了解当前状态下受训者内心情况，并对心率较高时的操作动作进行标记；系统在后台加入所有受训人员习惯性动作数据，受训者通过输入个人信息，系统提取当前受训者习惯性动作，与信息库中动作数据做对比，分析当前受训者动作变化，并结合多模态情感模型剖析当前操作是否为失误操作，系统进行重点标记并反馈给受训者。

[0076] 在S3步骤中，培训结果包括吊装过程完成度、软件熟练度和情感采集报告，吊装过程完成度需要与系统中导入的标准吊装工序进行对比，得出完成百分比，软件熟练度是指操作中各个功能按钮是否能够熟练操作，也对现实操作熟练度有较大影响，情况采集报告包括受训者对关键操作的心态变化，以及随机应变的能力。

[0077] 该仿真平台针对门式起重机常态和干扰状态下的运动形式，采用风场模型进行分析，判断特殊情况下干扰量是否超出门式起重机组件承载范围，并对干扰量范围进行约束。分别对多种工况下的组件进行受力分析，选取重点情况下的组件状态添加到动力学模块中，用来让受训者模拟恶劣工况下，操作中组件状态及所承受的受力极限，加强操作意识。

[0078] 本实施例中所用动力学模型为门式起重机运行机构所需基本算法，包括仿真算法和碰撞检测与最小净距计算方法。

[0079] 由于三维仿真系统采用场景树的方式组织模型，因此通过修改各个节点在其父节点坐标系下的位置向量和方向矩阵可以实现如起重机行走、回转、变幅、起升等各种基本动作。门式起重机吊装运动仿真分为以下几种:

[0080] (1)单机作业仿真,实现单机吊装设备平移、升降、变幅等运动；

[0081] (2)主机与溜尾小车协同仿真,实现吊装设备翻转就位运动仿真,溜尾小车跟随主机运动仿真；

[0082] (3)主副机协同仿真,实现吊装设备翻转就位运动仿真。副机做为溜尾起重机,可分为主动力起重机随动仿真和副动力起重机随动仿真,也可主副机协同仿真。

[0083] 应用高等机构学实现各种运动仿真,技术难点在于每运行指定步长之前,判断构件间几何和受力协调性,确定构件间的几何位置关系。如不满足要求,给予提示,修改步长。并提供合理随动路径。

[0084] 碰撞检测的目的是判断虚拟场景中不同对象之间是否发生碰撞。从几何上讲,碰撞检测表现为两个多面体的求交测试问题。在虚拟现实系统中,主要用于解决碰撞检测的实时性和精确性间的矛盾。

[0085] 本实施例中，采用包围盒层次法,利用形状简单的包围盒将复杂的几何对象包裹起来,在进行碰撞检测时首先进行包围盒之间的相交测试；如果包围盒相交,再进行几何对象之间精确的碰撞检测。显然,包围盒法对于判断两个几何对象不相交是十分有效的。三维吊装仿真中场景物体间进行的碰撞检测计算,包括包围体与包围体之间的相交检测和几何体与几何体之间的相交检测，其中包围体之间的相交检测又包含子场景之间相交检测、子场景和几何体之间的相交检测以及几何体之间的相交检测。为了提高碰撞检测效率,在包围体层次结构基础上,采用二阶段广义/狭义碰撞检测算法在宏观上尽早剔除明显不相交的物体对,然后对可能相交的物体对作更精确的碰撞检测从而计算最小净距,提高了碰撞检测速度。

[0086] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。