| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 16.18 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Welding is a challenging, risky, and time-consuming profession. Recently, there
has been a documented shortage of trained welders, and as a result, the market
is pushing for an increase in the rate at which new professionals are trained. To
address this growing demand, training institutions are exploring alternative methods to train future professionals with the goals of improving learner retention of
information, shortening training periods, and lowering associated expenses. The
emergence of virtual reality technologies has led to initiatives to explore their potential for welding training. Multiple studies have suggested that virtual reality
training delivers comparable, or even superior, results when compared to more conventional approaches, with shorter training times and reduced costs in consumables.
Additionally, virtual reality allows trainees to try out different approaches to their
work. The primary goal of this dissertation is to develop a virtual reality welding
simulator. To achieve this objective effectively, the creation of a classification system capable of identifying the simulator’s key characteristics becomes imperative.
Therefore, the secondary objective of this thesis is to develop a classification system
for the accurate evaluation and comparison of virtual reality welding simulators.
Regarding the virtual reality welding simulation, the HTC VIVE Pro 2 virtual
reality equipment was employed, to transfer the user’s action from the physical to the
virtual world. Within this virtual environment, it was introduced a suite of welding
tools and integrated a Smoothed Particle Hydrodynamics simulator to mimic the
weld creation. After conducting comprehensive testing that revealed certain limitations in welding quality and in the simulator performance, the project opted to
incorporate a Computational Fluid Dynamics (CFD) simulator. The development of
the CFD simulator proved to be a formidable challenge, and regrettably, its complete
implementation was unattainable. Nevertheless, the project delved into three distinct grid architectures, from these, the dynamic grid was ultimately implemented.
It also proficiently integrated two crucial solvers for the Navier-Stokes equations.
These functions were implemented in the Graphics Processing Unit (GPU), to improve their efficiency. Upon comparing GPU and Central Processing Unit (CPU)
performance, the project highlighted the substantial computational advantages of GPUs and the advantages it brings to fluid simulations.
A soldadura é uma profissão exigente, perigosa e que requer um grande investimento de tempo para alcançar resultados satisfatórios. Recentemente, tem sido registada uma falta de profissionais qualificados na área da soldadura. Como resultado, o mer cado está a pressionar para um aumento do ritmo a que os novos trabalhadores são formados. Para responder a esta crescente procura, as instituições de formação estão a explorar métodos alternativos para formar futuros profissionais, com o objetivo de melhorar a retenção de informação, encurtar os períodos de treino e reduzir as despe sas associadas. Com o desenvolvimento de tecnologias nas áreas de realidade virtual e realidade aumentada, têm surgido iniciativas para explorar o potencial destas na formação de soldadura. Vários estudos sugeriram que a formação em realidade virtual proporciona resultados comparáveis, ou mesmo superiores, aos de abordagens mais convencionais, com tempos de formação mais curtos e reduções nos custos de consumíveis. Além disso, a realidade virtual permite aos formandos experimentar diferentes abordagens ao seu trabalho. O objetivo principal desta dissertação é o desenvolvimento de um simulador de soldadura em realidade virtual. Para atingir este objetivo de forma eficaz, torna-se imperativa a criação de um sistema de classificação capaz de identificar as características chave do simulador. Assim, o objetivo secundário desta dissertação é desenvolver um sistema de classificação para a avaliação e comparação precisas de simuladores de soldadura em realidade virtual. Relativamente ao simulador de soldadura em realidade virtual, foi utilizado o kit de realidade virtual HTC VIVE Pro 2, para transferir as ações do utilizador no mundo físico para o mundo virtual. No ambiente virtual, foi introduzido um con junto de ferramentas de soldadura e integrado um simulador de Hidrodinâmica de Partículas Suavizadas para simular a criação da solda. Após a realização de testes exaustivos que revelaram algumas limitações na qualidade da solda e no desempenho do simulador, o projeto optou por incorporar um simulador de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD). O desenvolvimento do simulador CFD revelou-se um desa fio formidável e, infelizmente, não foi possível completar a sua implementação. No entanto, o projeto aprofundou três arquiteturas de grelha distintas, das quais foi implementada a grelha dinâmica. O projeto também implementou duas funções cru ciais para resolver as equações de Navier-Stokes. As funções relativas ao simulador de fluidos foram implementadas na Unidade de Processamento Gráfico (GPU), a fim de melhorar a sua eficiência. Ao comparar o desempenho da GPU com o da Unidade Central de Processamento (CPU), o projeto evidenciou os beneficios computacionais das GPUs e as vantagens que trazem para as simulações de fluidos.
A soldadura é uma profissão exigente, perigosa e que requer um grande investimento de tempo para alcançar resultados satisfatórios. Recentemente, tem sido registada uma falta de profissionais qualificados na área da soldadura. Como resultado, o mer cado está a pressionar para um aumento do ritmo a que os novos trabalhadores são formados. Para responder a esta crescente procura, as instituições de formação estão a explorar métodos alternativos para formar futuros profissionais, com o objetivo de melhorar a retenção de informação, encurtar os períodos de treino e reduzir as despe sas associadas. Com o desenvolvimento de tecnologias nas áreas de realidade virtual e realidade aumentada, têm surgido iniciativas para explorar o potencial destas na formação de soldadura. Vários estudos sugeriram que a formação em realidade virtual proporciona resultados comparáveis, ou mesmo superiores, aos de abordagens mais convencionais, com tempos de formação mais curtos e reduções nos custos de consumíveis. Além disso, a realidade virtual permite aos formandos experimentar diferentes abordagens ao seu trabalho. O objetivo principal desta dissertação é o desenvolvimento de um simulador de soldadura em realidade virtual. Para atingir este objetivo de forma eficaz, torna-se imperativa a criação de um sistema de classificação capaz de identificar as características chave do simulador. Assim, o objetivo secundário desta dissertação é desenvolver um sistema de classificação para a avaliação e comparação precisas de simuladores de soldadura em realidade virtual. Relativamente ao simulador de soldadura em realidade virtual, foi utilizado o kit de realidade virtual HTC VIVE Pro 2, para transferir as ações do utilizador no mundo físico para o mundo virtual. No ambiente virtual, foi introduzido um con junto de ferramentas de soldadura e integrado um simulador de Hidrodinâmica de Partículas Suavizadas para simular a criação da solda. Após a realização de testes exaustivos que revelaram algumas limitações na qualidade da solda e no desempenho do simulador, o projeto optou por incorporar um simulador de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD). O desenvolvimento do simulador CFD revelou-se um desa fio formidável e, infelizmente, não foi possível completar a sua implementação. No entanto, o projeto aprofundou três arquiteturas de grelha distintas, das quais foi implementada a grelha dinâmica. O projeto também implementou duas funções cru ciais para resolver as equações de Navier-Stokes. As funções relativas ao simulador de fluidos foram implementadas na Unidade de Processamento Gráfico (GPU), a fim de melhorar a sua eficiência. Ao comparar o desempenho da GPU com o da Unidade Central de Processamento (CPU), o projeto evidenciou os beneficios computacionais das GPUs e as vantagens que trazem para as simulações de fluidos.
Description
Keywords
welding training education virtual reality augmented reality simulation smoothed particle hydrodynamics computational fluid dynamics Navier-Stokes equations