视景仿真中液压挖掘机与地形的动态交互

液压挖掘机视景仿真系统通过采用ROAM算法动态管理和实时绘制地形网格,并利用Bezier曲面方法设定控制点的运动路径以逼近铲斗内土壤表面形状的方法,实现了液压挖掘机与三维地形的动态交互,逼真地实现了挖土和卸土效果的模拟。开发的视景仿真系统为驾驶培训人员提供了逼真的、具有高度沉浸感的虚拟内部操作场景,真实感强,具有极佳的交互性。     

基于虚拟现实的液压挖掘机视景仿真

以徐州某液压挖掘机为模型,不借助任何的商业图形引擎,自主设计并开发了基于虚拟现实的液压挖掘机视景仿真系统.通过动态地形和基于图形处理器的纹理融合方法实现了挖掘机与地形的动态交互,并采用不同角度、不同尺寸的多个显示屏幕的视景图形无缝拼接技术为操作人员提供了360°的虚拟场景.结论表明:开发的视景仿真系统真实感强,有极佳的交互性,为驾驶培训人员提供了全天候、实用、安全、经济的辅助训练手段.     

履带机械地面力学建模及牵引性能仿真与试验

针对现有履带机构仿真模块难以适用于无支重轮式矿用履带车辆的局限性,通过分析履带-地面交互力学机理,以每块履带板与地面的力学作用为基元,根据Bekker理论建立了履带沉陷、地面垂直力、牵引力、侧向力、行驶阻力的数学模型,并基于此模型和FORTRAN语言开发了履带一地面交互力学用户子程序.将该模型结合多体动力学仿真软件ADAMS的二次开发技术,建立了某型矿用履带车辆虚拟样机模型,并进行了牵引性能动力学仿真分析.研究表明,该仿真模型能够对行驶阻力和挂钩牵引力进行分析预测,误差小于15%,在允许范围之内,可以作为履带机构牵引设计的工具,且具有更好的普适性.     

基于ActiveX/VegaPrime的交互视景仿真平台封装的研究

针对Vega Prime开发的视景仿真程序复杂度高、共性多、仿真领域多、开发语言单一的特点,提出了采用组件技术,结合GL Studio功能插件,实现了集虚拟仪表、Creator节点控制、视景仿真平台各模块类库在内的封装,屏蔽了虚拟仿真平台使用的复杂性和开发语言的限制.采用Windows消息机制,确保交互的可靠性,解决了视景封装后焦点丢失和消息无法截获的问题.通过ActiveX能够动态加载场景,实现与场景的实时交互和控制,直观快速的完成虚拟仿真软件的开发.文中在多个语言环境下通过该控件实现了多种虚拟仿真软件的开发,实验证明具有开发效率高、稳定性好的优点.     

基于"流"机制的实时多分辨率模型结构

大规模地形的实时显示技术已成为虚拟仿真领域中的研究热点．为研究更合理的多分辨率模型的表达技术,结合漫游时视景体内数据的流动变化特征。提出了使用4棵四叉树表达的地形多分辨率的模型结构;并运用动态数据调度策略实现对数据以“流”的方式进行处理和绘制．该模型已在自行开发的三维地形仿真系统(Sei3D)中得到成功的应用。并最终实现了海量地形数据的无缝漫游。     

混合动力履带车辆全系统建模与实时仿真

采用面向对象思想建立履带车辆动力学实时仿真模型. 建立了发动机-发电机组和电池组电功率耦合特性模型和混合动力驱动系统及其控制策略模型. 依托RT-LAB环境实现混合动力驱动系统和控制策略模型实时化. 通过CAN实现车辆动力学模型与混合动力驱动系统及其控制模型的实时通信,建立了混合动力履带车辆驾驶员在环的全系统实时仿真软硬件环境,仿真实例验证其可行性及有效性.      

人在环路模拟驾驶仿真实验系统研发

汽车是人机协同控制的复杂系统,基于NI PXIe8108实时控制器、PXI7842R数据采集卡、模拟驾驶输入设备及相关软硬件搭建了驾驶模拟仿真系统;用LabVIEW编程语言建立了车辆动力学模型;用虚拟引擎Unity3D软件开发了视景系统;并通过数据库技术使仿真过程与视景系统相结合,实现仿真过程与三维动画实时视景系统的数据交互。结果表明:通过人在环路模拟驾驶仿真实验,使仿真过程中引入了驾驶模拟操纵,实现了人在环路的人机交互式仿真,得到汽车相关性能仿真结果,为驾驶过程中人和汽车协同控制仿真和极端工况下的仿真,提供了一种安全、可靠的人车协同控制仿真环境。     

高速电驱动履带车辆联合制动实时仿真研究

针对高速电驱动履带车辆的制动需求,提出机电液联合制动方法。通过对机械制动器、电机和电液缓速器制动特性的分析,制定电机制动力模糊控制分配方法和前馈-反馈的二自由度动态协调控制算法。联合制动系统中,驾驶员通过踩踏制动踏板实物实现制动意图,其它执行部件利用仿真模型实现。通过RT-LAB建立制动踏板在环的半实物实时仿真系统,视景软件可以观看制动过程。最后进行了低速紧急制动、中速联合制动和高速渐进制动的试验验证。试验结果表明:实时仿真系统能够满足高速电驱动履带车辆制动要求,很好地验证了控制算法的可行性和可实现性,为未来进一步研究高速电驱动履带车辆联合制动技术提供了理论与试验依据。     

基于近似模型和模式搜索法的履带车辆多体动力学模型参数修正研究

履带车辆多体动力学模型仿真结果的准确度直接影响其动力学性能分析结果的可信性。为提高仿真结果的准确度,研究了多体动力学模型参数的修正方法。首先建立了履带车辆多体动力学模型,通过对比仿真结果与实车测试结果,初步验证了模型的可信性;并给出了参数修正目标函数的表达式。通过参数筛选确定了待修正模型参数。采用克里格插值法,构造了待修正参数与目标函数之间的近似模型;解决了修正效率低、计算量大的问题。针对修正问题的无约束性和非线性,采用模式搜索法进行参数修正的迭代计算。修正结果表明,动力学模型仿真结果的准确度得到了提高,证明了修正方法的有效性。     

空战实时仿真系统研究

为了评估空中作战对抗效能,建立了虚拟空战实时对抗网络仿真系统,给出了系统设计的思路、框架和功能,详细介绍了视景仿真系统的实现方法和关键技术,采用最小二乘拟合算法解决了仿真实体的轨迹不连贯,画面有抖动等现象;基于Vega仿真软件环境开发了战场中的各种复杂场景特效,解决了非视觉物理量的可视化问题,可在不同的场景环境下,动态演示导弹对相应目标的打击过程,包含特效、声音等各类仿真信息,画面流畅、系统稳定,具有良好的交互能力;利用Visual C 开发了视景仿真程序,解决了视景驱动和自动视点切换等具体问题。仿真结果表明视景系统可以实时逼真地演示虚拟空战作战过程,并给出了作战效能的直观评估。     

一种基于kd树的实时大规模地形可视化算法

大地形实时可视化在GIS、虚拟现实、仿真、游戏等领域有大量应用.对已有算法进行综合和改进,提出了一种简单、快速的实时大规模三维地形绘制算法.该算法主要包括:对所有数据进行空间分块(tile);块内采用改进后的kd树进行进一步空间剖分;方便三维数据交互显示操作的“静态池”和“动态池”数据结构;针对海量数据的外部存储(out-of-core)技术;加速OpenGL的优化方法等.算法运行良好,在微机上达到较高的帧率和较好的显示效果.     

基于轮胎与地面接触模型的非公路车辆平顺性

为了准确地预测和评价非公路车辆的行驶平顺性,通过分析轮胎与地面的相互作用,建立了弹性轮胎-软地面接触模型及其与车辆的集成模型,采用Matlab语言编制出仿真分析软件,得到了变形地面作用于车辆的有效路谱及车身垂向加速度、悬架动挠度、轮胎动载等反映车辆行驶平顺性的评价指标.仿真结果表明,随着地面变形的变大,车辆的低频激励增大,车身的振幅也随之增大.在建立非公路车辆悬架的动力学模型时地面变形的影响不容忽视.     

台式飞行训练模拟器的视景仿真技术

为解决台式飞行训练模拟器的视景仿真问题,以真实地形仿真为基础,通过构造飞行仿真模型,利用二维图片视景展示、三屏同步和粒子爆炸效果等多重技术进行视景仿真.实践证明,该视景仿真技术能较好地再现飞行环境,与传统视景仿真方法相比,运行效率高、实时同步性好、模拟程度高,可满足飞行模拟训练的需要.     

基于CALPUFF模型的毒害性气体泄漏事故三维动态模拟方法——以开县井喷事故为例

针对目前基于大气扩散模型开发的应急管理 GIS 系统中存在的时空分辨率低、未考虑三维地形等问题, 提出一套基于CALPUFF模型的三维气体扩散模拟方法。经过多层计算, 获得气体扩散浓度的三维时空分布数据。 通过Marching Cubes可视化技术读取并显示 , 可以实现三维空间的气体动态扩散效果 。以“12·23”开县特大井喷事故为案例进行模拟, 并开展二、三维对比以及模拟数据与实际情况对比分析。结果表明, CALPUFF模型三维计算得到的气体浓度在量级和空间分布上具有较高的精确性, 三维时空动态模拟具有较高的时空分辨率和重建效率, 可以达到较好的可视化效果, 能够更好地表达气体泄漏过程和扩散规律, 为应急管理提供重要的辅助手段。     

视景仿真系统中三维地形的实时生成方法

三维地形是虚拟自然环境中不可缺少的因素,也是虚拟仿真领域中视景系统的重要组成部分.三维地形的巨大数据量一直是视景仿真研究中的难点与热点.本文提出用函数曲面来保存地形顶点数据,在渲染开始前预先载入和计算生成地形数据,而在渲染阶段则利用视点相关LOD(Level of Detail)模型来简化渲染数据,实现大规模地形网格的绘制.实验结果表明,该方法能有效减少实时绘制时的计算量,提高绘制速度,较好地保证了大规模三维地形的实时生成效果.     

基于DIS的分布式视景仿真实现

对分布式视景仿真中对象建模和仿真节点间的实体交互操作进行理论分析,研究分布式交互仿真结合动态图形显示的实现方法,基于计算机局域网搭建分布式交互仿真平台,建立实体对象各种状态的模型,在网络上传递实体状态及交互信息,实现实体间的交互行动动态显示,在分布式交互仿真平台上实现,了实体交交互行为的动态,显示,基于分布式交互仿真的视影仿真系统,对仿真结点的图形和网络处理能力提出较高的要求,需要在建模和算法上进行优化。     

基于行人运动模型的人群疏散三维仿真

以人群运动过程中人与人和人与建筑之间的相互作用为出发点,探讨了行人群集行为疏散模型及三维仿真问题.建立了一种基于人员行为细节的微观离散仿真模型,采用蒙皮动画和有限状态机技术实现对人物行为和人物模型细节状态的控制,可以实现人群疏散过程的动态三维可视化仿真.     

战术飞行机动动作仿真设计与实现

针对数据链飞机模拟器中飞行平台轨迹的终端实时显示问题,以飞机动力学运动方程为基础,构建了盘旋机动和斤斗机动过程的轨迹方程,并给出了机动动作设计的一般流程。通过建立基于时间戳的自适应交互多模(AIMM)时延补偿模型,使飞机动作显示与实际作战网络负载下的飞机状态保持同步。最后设定2种机动动作场景,对飞行机动轨迹予以演示，验证了所设计的可视化平台能有效模拟飞机进行盘旋和斤斗机动,实现了地面指挥所对模拟飞机飞行状态的实时监视,为空战仿真模拟训练奠定基础。     

复杂地形条件下气体泄漏扩散规律仿真与试验

针对复杂地形气体泄漏扩散问题,基于计算流体动力学方法,建立复杂地形气体泄漏扩散数值仿真方案,确定地面气体分布特点、监测点气体质量浓度随时间变化规律、地形及环境风向、风速等对气体扩散的影响作用。以SF6为示踪气体,设计并在川东北某山区集气站实施气体释放试验,以有色烟雾发生器为工具确定采样点布置,采用电子时控大气采样器和气相色谱-电子捕获检测法进行样品采集和分析,得到不同采样点、不同时间段内示踪气体浓度值。SF6释放试验结果表明,试验方案设计合理、可靠、具有广泛的适用性,能够有效降低采样点数量,提高采样数据的有效性,实现对试验数据的采集和分析。试验与仿真计算数据的一致性验证了建立的数值模型处理复杂地形气体泄漏扩散过程的有效性。