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研究生: 嚴景瀛
Jing-Ying Yan
論文名稱: 應用虛擬實境技術建構大型結構實驗之虛擬訓練環境-以操作制動器執行反覆載重試驗為例
Application of Virtual Reality for Training the Operation of Large-Scale Structural Experiments – A Case Study of Cyclic-Loading Test Using MTS
指導教授: 陳鴻銘
Hung-Ming Chen
口試委員: 謝佑明
Yo-Ming Hsieh
楊亦東
I-Tung Yang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 101
中文關鍵詞: 虛擬實境結構試驗訓練制動器
外文關鍵詞: Virtual Reality, Structural experiment, Training, MTS
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  • 各種大型的結構試驗,因設備的操作常有一定的危險性,且試體的製作與實驗之過程也經常需花費不少的成本、時間與人力,故通常需要以教育訓練讓實驗人員熟悉流程,但傳統的教育訓練使用文字與圖片作成手冊說明,並不易具體化;而現地參觀或使用實地製作之影片可以在視覺上提供完整的資訊,卻會有視角盲點存在,並缺乏互動性。如使用虛擬實境之技術,則應可提供受訓人員一個可融入式的虛擬實驗場景,除讓受訓者可操作虛擬設備有親臨現場之體驗外,更可讓受訓人員於自由的時間、空間遊走安全且經濟的反覆演練。
    故本研究以3ds MAX建構場景與試驗物件,並使用EON虛擬實境軟體配合被動投射式立體顯示設備,與多種動作輸入設備,開發互動的虛擬實境環境,其模擬了人員真實的位移與控制,並建置互動式虛擬實驗室中的狀況與反應,受訓人員可以沉浸在此虛擬平台做實驗的操作模擬。除了提供3D視覺化模擬實驗設備試體,讓使用者有身歷其境的感覺,且接受訓練者可使用動作輸入設備操作場景中的物件,並照著設計步驟完成虛擬實驗。使用此一模擬操作的虛擬環境,受訓人員可以透過重複的操作來熟悉實驗設備的控制實驗流程、以及執行各程序所應在的正確操作位置,以達到減少受訓人員於實際操作實驗時發生錯誤的機會,及避免因不熟悉操作或程序造成的時間與經費上的損失。


    The pre-training for executing various large-scale experiments is necessary because there could be certain risks in operating equipments, and the cost and time in making large specimens are always high. However, current training methods, such as using lecture note and video, tend to lack of operation and interaction. This study establish a virtual training environment for cyclic-loading test using MTS by integrating various Virtual Reality software (3D MAX, EON) and hardware (stereo display, data glove, 3D tracker). The operation of equipments, the setting of the specimen, and the process of the experiment are all simulated visually, operationally and interactively in this environment. This virtual environment is expected to provide more effective training for improving safety and reducing cost and time in operating real experiments.

    論文摘要 I 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2研究目的 3 1.3研究方法 4 1.4論文架構 5 第二章 研究背景說明 7 2.1系統開發相關技術簡介 7 2.1.1虛擬實境技術簡介 7 2.1.1.1虛擬實境發展歷程簡介 7 2.1.1.2虛擬實境之特性 8 2.1.1.3虛擬實境系統之分類 10 2.1.1.4虛擬實境的建構方式 11 2.1.1.5虛擬實境之應用 14 2.1.2立體顯示原理 17 2.1.3虛擬實境硬體 18 2.2.3.1視覺系統 18 2.2.3.2位置追蹤設備 20 2.2.3.3力回饋設備 21 2.2.4虛擬實境軟體 21 2.2文獻回顧 27 2.2.1虛擬實境於營建工程上之應用 27 2.2.2虛擬實境於教育訓練上之應用 28 第三章 系統功能需求分析與規劃 31 3.1大型結構實驗案例簡介 31 3.2大型結構實驗案例施作流程 33 3.3大型實驗操作教育訓練之探討 40 3.4系統功能需求分析 42 3.4.1身歷其境 44 3.4.2操作性模擬 45 3.4.3互動性模擬 46 3.4.4程序性 47 3.5大型結構試驗虛擬訓練環境之系統規劃 47 3.5.1硬體架構 48 3.5.1.1中央運算處理主機 49 3.5.1.2立體顯示設備 50 3.5.1.3互動式設備系統 53 3.4.2軟體架構 56 3.4.2.1三維建模軟體Autodesk 3ds MAX 57 3.4.2.2虛擬實境互動軟體EON Studio 58 第四章 系統運作規劃與實作 59 4.1系統呈現 59 4.2系統操作 63 4.2.1操作動作感應之模式 63 4.2.1.1手套感應模式 63 4.2.1.2三維滑鼠控制模式 66 4.2.1.3電磁式感測器Wintracker 66 4.2.2系統流程分析與規劃 67 4.2.2.1流程圖定義 68 4.2.2.2試體上漆流程 69 4.2.2.3試體天車控制流程 70 4.2.2.4滾支承架設流程 71 4.2.2.5天車吊運制動器流程 72 4.2.2.6天車吊運試體流程 72 4.2.2.7推動千斤頂流程 73 4.2.2.8滾支承上部流程 74 4.2.2.9架設側撐版流程 74 4.3 系統流程 76 第五章 使用範例 79 5.1前言 79 5.2系統畫面 79 5.3演示步驟 80 5.4系統設備架設 87 第六章 結論與未來展望 89 6.1結論 89 6.2論文研究心得 90 6.3未來展望 91 參考文獻 93 附錄 95 A.1投射式影像設備設定步驟 95 作者簡介 101

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