基于组件的分布式虚拟仿真平台的研究与实现

分布式环境下虚拟仿真技术是在虚拟的逼真环境下,对产品设计及其周边环境进行协同仿真验证的有效手段.本文首先提出了分布式虚拟仿真系统设计的一些概念和原理,接着提出了基于组件对象模型的虚拟仿真系统建模与仿真方法,并重点阐述了支持分布式虚拟仿真的集成框架及其关键实现技术,该平台在一具体的仿真实验系统—飞机模拟仿真飞行系统的的设计中得到具体应用。     

基于虚拟样机的装备原理示教系统研究

目前研制开发的训练模拟器,一般只是侧重操作训练,没有将工作原理与操作实时、有效地结合起来,为了解决这一问题,引入虚拟样机技术,设计了基于虚拟样机的装备原理示教系统.首先对装备原理示教系统需要实现的功能进行了分析研究,确定了设计内容;然后提出了基于虚拟样机的系统体系结构,给出了整体设计方案;最后使用HLA技术完成虚拟样机中仿真电路的设计:选用MATLAB/Sinulink创建仿真模型,将Simulink模型转化成HLA联邦成员后,调用M(A)KRTI提供的HLA建模服务,在Visual C++中设计仿真电路.     

基于CarSim的车辆动力学虚拟仿真系统开发

为了解决实车实验因“高成本、高消耗、高危险性”而无法开展的问题,开发了一套基于CarSim的车辆动力学虚拟仿真系统。利用CarSim创建实时车辆模型;在Unity3D中搭建虚拟场景,并使用主动立体显示技术实现3D视觉效果;通过Fanatec赛车模拟方向盘和LabView采集驾驶员操作信息,在NI-Pxie8840控制器中求解车辆动力学模型以确保其运算的实时性;将解算数据通过六自由度运动平台反馈给驾驶员。结果表明：虚拟车辆可以遵循驾驶员的意图行驶,整套系统反应灵敏、操作环境安全、沉浸式感受较强、实验数据准确可靠,对汽车的设计研发具有一定意义。     

虚拟海洋环境中潜艇六自由度运动的视景仿真

利用虚拟现实技术对潜艇的六自由度模型进行视景仿真,可以实时的对潜艇运动模型的运动效果进行修正,对于潜艇航行训练模拟器的研究及虚拟海战场的实现具有重大的意义。对潜艇的运动模型进行了合理的简化,确立了设计模型,然后利用多边形建模软件Creator及视景驱动软件Vega建立虚拟海洋地理环境及潜艇的几何模型,并在API应用程序中对潜艇的六自由度运动进行实时控制。设计结果表明本仿真系统很好的模拟了潜艇的运动情况,在开展实艇的虚拟训练、应急操纵等方面有广阔的应用前景。     

基于模型包装器的虚拟样机仿真系统设计

针对基于HLA搭建虚拟样机仿真系统面临的问题，提出了基于模型包装思想的虚拟样机仿真系统设计方案。在分析模型包装器功能的基础上，给出了基于模型包装器的虚拟样机仿真系统的逻辑结构，讨论了系统实现的几个关键技术，最后给出了原型系统SimKit的设计和实现。     

虚拟战场环境中群体组织结构本体建模方法研究

军事仿真建模技术随着战场规模的扩大和仿真真实感要求的提高变得越来越困难.针对虚拟战场环境群体组织结构,提出一种本体建模方法.将本体的思想引入军事仿真建模,结合军事领域中群体组织的概念体系,采用本体描述语言OWL DL,对虚拟战场环境群体组织结构进行建模.实践表明,该方法有利于模型资源重用,提高了建模效率,保证了模型描述的一致性.     

支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究

为了支持虚拟样机开发环境中不同领域，分布，异构的仿真系统间的信息共享和互操作，提高协同仿真平台的可扩展性和灵活性，提出了灵巧产品模型建模，协同仿真资源库集成管理方案和协同环境运行框架，并具体说明了基于DCOM的仿真工具协同的关键实现技术，支持仿真联邦管理的数据库设计和CORBA的应用实现技术，通过轿车虚拟开发的初步应用实践，基于上述研究所开发的平台能有效支持复杂产品的虚拟开发。     

虚拟样机工程中仿真模型包装与发布机制

在复杂产品虚拟样机工程中,对异构的仿真模型进行包装和发布,以便提高模型间的互操作性和模型资源的可重用性,一直是复杂产品协同设计仿真技术需要解决的问题之一。为了解决这个问题,以国家863/CIMS主题的科研项目为背景,研究采用WEB服务技术实现仿真模型的包装和发布,提出基于协同仿真平台COSIM的仿真模型发布平台的集成框架,并研究其中的关键技术及其实现,阐述仿真模型在复杂产品虚拟样机协同设计仿真环境中的发布和查询机制,最终达到模型资源重用和数据共享的目的。     

多Agent虚拟测试仿真建模方法研究

结合光电经纬仪虚拟测试的需求,提出了一种分布式多Agent虚拟测试平台结构,确立了多Agent间交互协作测试的任务目标.讨论了虚拟测试中基于Agent的仿真建模策略,设计了可重构虚拟目标Agent及其仿真流程和基于消息的监控Agent,以此构建了多Agent仿真体系完成经纬仪虚拟测试的整体协作模型.开发了基于Agent的经纬仪虚拟测试平台,通过仿真测试应用,验证了仿真建模方法及其平台的有效性,满足了现阶段经纬仪的相关性能测试.     

基于ADAMS的移动机器人滑移量重建与补偿控制

主要研究利用基于ADAMS的虚拟样机技术重建移动机器人在不同路面条件下的滑移量,并进行滑移补偿控制的问题.首先利用机械系统动力学分析软件 ADAMS 创建轮式机器人的整体模型(包括车体模型、路面环境模型以及轮胎模型).利用此模型在 ADAMS 环境中进行仿真,模拟在不同路面条件下移动机器人的滑移效果,并根据机器人的运动学特性重建出不可测的滑移量.将滑移量传递给控制器参数设计出滑移补偿控制器,并进行了ADAMS与MATLAB联合仿真.仿真效果表明该控制器可以有效地补偿滑移效果,改善移动机器人在滑移状态下的控制精度.     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

面向网络定制设计的虚拟人仿真

为实现适合网络定制设计的虚拟人仿真，提出基于H-anim的虚拟人仿真方法。根据H-anim定义的关节骨架模型，实现了人体的参数化几何建模和关节动画仿真，结合行为模板、规则推理和实例推理构造了人体行为仿真系统。最后介绍了虚拟人仿真在网络家居定制设计中的具体应用。     

虚拟环境下的复杂变速箱交互式装配仿真平台

为解决虚拟装配存在人机交互度、行为仿真与用户设计效果不佳等问题。以大型拖拉机变速箱为对象,研究了多碰撞体的齿轮动力学运动与行为仿真方法,提出了基于轴和面约束的多零件模型在虚拟环境中的定位方法,开发了人机交互式的虚拟环境,每帧消耗的时间约为10 ms,实现了复杂变速运动行为及其仿真。同时虚拟装配模块里配置了AR接口,可通过手式进行主动式智能虚拟装配。试验表明,系统能按照用户需求进行主动式的虚拟装配、干涉检测、学习装配知识、方案设计、提示装配错误等,为复杂变速箱的虚拟制造与装配提供了仿真平台,平台具有可扩展性。     

高超声速飞行器总体性能虚拟飞行试验验证系统

高超声速飞行器具有重要战略价值,但难以进行全程和整个飞行包络的真实飞行试验,基于仿真技术进行虚拟飞行试验是其总体性能分析与验证的必要手段。针对高超声速飞行器在飞行过程中总体、控制、气动、结构、动力、载荷、防热与热环境、飞行器运动学与动力学等多学科、多物理场强耦合特性,提出了高超声速飞行器高性能多物理场耦〖JP3〗合虚拟飞行试验平台体系结构,建立了高超声速飞行器多物理场耦合虚拟仿真试验模型,开发了基于高性能异构计算系统的多学科综合虚拟飞行试验系统,为实现高超声速飞行器的总体设计提供了可靠、实用的验证途径。     

基于ADAMS的动力减振镗杆径向跳动频域分析及参数优化

采用内置式动力减振的结构来增加镗杆的动刚度,并根据内置式动力减振镗杆的结构及振动特点,利用ADAMS和ANSYS软件联合建立了减振系统的多柔体动力学模型.在此基础上,分析了模型中的弹簧刚度系数和粘性阻尼系数对刀刃径向跳动量的影响.虚拟仿真结果验证了初始设计的可行性,确立了在物理样机设计中需要考虑的要点.同时以减小刀刃径向跳动量在整个频域内响应的最大值为目标对动力减振镗杆虚拟样机进行仿真优化分析,得出了减振系统的最优参数.仿真试验表明:系统的频域响应得到了改善.为进一步的减振系统结构优化设计提供了设计依据.     

集成人机交互仿真系统研制与应用

基于虚拟现实技术和人机工程学原理,综合应用多通道宽屏投影拼接、光学运动跟踪和数据手套手势跟踪、Vega和Creator等许多虚拟现实软、硬件技术,构造出一个可供人与计算机中的虚拟操控系统进行实时交互的虚拟仿真环境,可对人机交互绩效进行动态、客观的测量,继而评价操控面板系统的设计质量,亦可用于各类二维操控面板的操作培训。初步实验结果验证了系统的可行性。     

舰载光电跟踪系统的虚拟仿真系统研究

针对舰载光电跟踪系统训练中存在的缺乏目标跟踪环境的实际问题，首先，介绍了国内外虚拟仿真技术在武器系统训练中的应用，其次，介绍了舰载光电跟踪系统的虚拟仿真系统的功能；第三，提出了虚拟仿真系统的总体设计方案，最后，说明虚拟仿真技术是人在回路仿真训练系统研制中新的有效手段。     

人体运动的形象化建模与仿真

人体运动的仿真在分布虚拟战场环境仿真，灾难救援训练，交互式防暴演习等领域有重要的应用。人体是由200多个关节组成的复杂形体，本文采用层次化，关节化的建模方式对人体进行建模，从实用角度，通过运动学方法得到各关节旋转角，根据研究对象的特点，采用基于多摄象机跟踪固定在人体上的标记点的光学测量方法，在此基础上实现人体空间测量数据到关节运动角度的转换，驱动三维高逼真度人体仿真模型，并应用于战场环境士兵仿真以及救援操作作业人员的仿真应用，取得良好的仿真效果。