基于ODE的六自由度平台系统设计与仿真

在六自由度运动平台的系统设计阶段和运行调试阶段采用可视化技术,可以直观地观察到平台系统的设计参数是否合理,减少控制参数选择不当造成对平台的损坏,为平台的研究提供了极大地方便。首次提出了基于ODE(Open Dynamics Engine,开源动力学引擎)的六自由度运动平台的运动仿真及其可视化设计方法,该方法能够与实体平台程序实现无缝连接,在此基础上开发出六自由度平台可视化软件,对六自由度运动平台进行了正弦运动仿真,结果表明该虚拟平台能够实时模拟真实平台的协调运动,为实体平台系统的设计与运行调试奠定了基础。     

基于VRML和目标航迹的视景仿真方法

基于VRML技术建立了虚拟目标和场景的可视化模型;采用三次样条插值方法对输入航迹进行了平滑和可飞性检验,并计算出了相应的姿态数据;利用虚拟现实工具箱提供的Matlab接口驱动虚拟目标进行六自由度运动,同时控制模拟CCD进行实时跟踪,完成了对飞行过程的视景仿真。实验表明,该方法不仅得到了实用的航迹和姿态数据,而且直观生动的描述了飞行过程,为相关理论研究奠定了良好的基础。     

交互式飞行视景仿真系统的设计与实现

基于六自由度运动模型,提出了Vega环境中飞行运动的数学表示及其C 语言描述方法,构建了通用的基于C /Vega的交互式飞行视景仿真系统的驱动程序流程和模块化功能结构,并基于MFC构架利用Vega的实时仿真驱动开发了交互式的实时飞行视景仿真系统。该系统可与控制主机、光电跟踪设备一起形成控制闭环,模拟飞机对运动目标的跟踪过程,并将相应的飞行参数以仪表的显示方式输出,辅助用户测试和评估光电跟踪设备的性能。     

基于数字海洋环境的视景仿真系统研究

对海洋地理信息的三维可视化技术进行了深入研究。以MultiGen Creator和Veea为三维视景开发平台研究了三维模型的重建问题和海洋环境的生成技术，主要包括海洋信息的提取和实物建模，利用大规模数据库管理技术实现场景的区域化管理，采用星际模型和粒子技术模拟自然环境等。最后论文将生成的数字海洋环境嵌入潜艇航行训练模拟器的三维视景仿真系统中，根据潜艇当前的位置和姿态实时更新场景数据，为训练人员提供更加逼真的训练环境。仿真结果表明，该视景系统能满足模拟器的实时性和逼真性要求。     

干扰力作用下潜艇近水面运动的仿真

潜艇近水面运动时受一介波浪力和二阶波浪力的影响较大，本文对一阶波浪力、二阶波浪力和海流力进行了数值计算，然后把这些干扰力作为干扰项加入静水中的潜艇六自由度运动方程得到潜艇近水面运动模型。最后对潜艇近水面运动模型和压水及操舵对消除波浪力的影响进行了仿真分析，仿真结果与实际情况吻合，说明文中提出的潜艇近水面运动仿真模型是合理有效的。     

基于虚拟现实的载人潜水器操纵运动仿真系统

载人潜水器操纵运动仿真系统可用于性能研究和人员训练.与已有类似仿真系统不同的是,介绍的仿真系统显示的海底视景是基于驾驶人员通过摄像头所观察到的清晰化小场景,更符合潜水器操纵实际情况.介绍了仿真系统的体系结构,建立了空间六自由度运动方程,进行了仿真计算,讨论了两个影响视景显示的关键问题:视景建模和显示的实时性.工程试验结果表明,仿真系统的设计是合理有效的.     

虚拟座舱实时视景仿真系统的设计与实现

本文首先阐述了虚拟现实技术在虚拟座舱视景仿真领域的应用，并通过三维可视数据库对物体及地形场景进行了建模，然后利用实时开发应用程序对场景动画进行驱动，最后实现了虚拟座舱的实时视景仿真系统。该系统可以完全满足虚拟座舱实时性的要求，为研究座舱仿真系统的视景实时生成问题提出了新的解决方案。     

六自由度跳伞模拟训练系统设计与实现

针对当前的跳伞模拟平台无法全方位还原跳伞各阶段六自由度运动过程的问题,设计并实现了六自由度跳伞模拟训练系统。设计了模拟器的体系结构,并说明了跳伞运动解算、六自由度运动平台、操纵负荷、虚拟现实视景、体感营造、教员控制台等分系统的实现。该系统通过引入六自由度电动平台,带动受训者模拟跳伞各种姿态,帮助受训人员掌握跳伞操纵动作,增强姿态保持能力;利用虚拟现实技术,还原三维跳伞场景,训练临场感强、效果逼真,对提高跳伞训练质效、促进部队战斗力建设具有重要意义。     

六自由度导弹制导系统的建模与仿真研究

战术导弹最优制导规律研究是提高导弹制导性能及精度的关键技术之一,需要进行理论研究和大量的仿真计算,以确定最优制导规律和控制系统参数。本文反导弹的空间运动状态用六自由度数学模型来描述,建立了六自由度的导弹运动模型、目标运动模型和相对运动模型等。研究出了进行战术导弹制导系统研究的六自由度仿真软件包,共由十多个模块组成。文中介绍了仿真软件的设计思想和程序结构。应用本仿真软件包可进行战术导弹制导规律专题研     

基于Vega的潜艇虚拟视景仿真

结合某型艇航海训练模拟器中潜望镜视景仿真系统,研究了基于Vega环境的视景系统的开发方案,并建立了虚拟的战场环境和场景模型,实现了视景环境中实时驱动、控制模型和碰撞检测,生成了逼真的海洋效果和环境特效.仿真结果表明,该系统可使受训人员产生强烈的沉浸感,改善训练效果.     

一种新的虚拟维修手部动作生成方法

在维修仿真中,虚拟维修人员的手部操作起着重要的作用,对维修活动中手部动作的实时、连贯生成问题进行了研究。首先提出了一种包含详细解剖结构的虚拟手模型,其次在分析总结各类虚拟人运动控制算法的基础上,通过加入阻尼系数以克服传统IK算法难于或无法处理的奇异性、冲突性与多目标性问题,改进了阻尼IK方法,并利用Jacobi矩阵的正交投影来处理优先级多约束条件下的手部动作。最后以某型装备车辆的轮胎更换维修任务为例对提出的算法进行了验证和效果评估,表明了所提方法的有效性和健壮性。     

基于6自由度坐标模型的虚拟智能实体初探

虚拟现实技术越来越广泛的研究和应用,参与者希望进行更加智能化的人机交互,这对研究者提出了更高的要求。本文提出了一种基于6自由度坐标模型的虚拟智能实体,利用有限状态机来实现智能判断,以此来增加整个虚拟现实系统的人-机交互智能特性。     

多用户分布式虚拟海洋环境的实现

介绍了一个多用户分布式虚拟海洋战场环境系统。该系统采用客户-服务器的通信模式和TCP传输协议实现了客户端和服务器端之间的通信,采用基于图形与图象混合建模和绘制技术实现了虚拟海洋战场环境构造。最后给出了该系统实现的软硬件平台和实验结果。     

虚拟发射装置在投影系统中的定位方法研究

针对现有技术的局限性,提出了一种在三维空间中确定一个物体相对于投影平面的空间六个自由度的方法。阐述了基于激光发射和图像识别的定位技术,采用虚拟发射装置向已知投影平面发射多束激光,通过已标定的摄像机拾取光束在平面的投射图案并计算投射点的位置,进而计算虚拟发射装置相对于平面的位置姿态,对影响定位精度的因素进行了分析。该技术在虚拟消防训练以及虚拟射击训练系统中得到了应用。     

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。     

虚拟维修中的虚拟人移动仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个分阶段的虚拟人移动仿真方法,采用随机运动规划方法生成虚拟人躯干及头部的无碰撞路径,利用运动捕获数据和运动变形来实现对四肢运动的仿真。在运动规划中引入了姿态转移图的概念,实现了虚拟人移动过程中多种姿势之间的自然转化。采用基于运动变形的方法消除了虚拟人上肢和环境中其他物体的碰撞现象,提高了仿真真实性。

Abstract：

Virtual maintenance is a new concept introduced in the last few years,and has been broadly used in maintainability analysis and maintenance training.In order to solve the virtual human simulation in maintenance process simulation,a multi-stage virtual human locomotion simulation method was proposed.The free collision path of virtual human torso and head was planned by a probabilistic motion planner.And the motion of arms and legs was simulated using motion captured data and motion warping.A new concept of pose transition graph was introduced in order to implement natural pose transition in locomotion simulation.In motion optimization,a method based on motion warping was proposed to avoid the possible collision between virtual human arms and other objects in the environment.     

协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制

针对操作人员难以在有限的光学运动捕捉设备捕捉范围内自由运动的问题,开展了协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制研究。基于光学运动捕捉设备对操作人员的下肢动作进行捕捉,根据实时识别结果控制虚拟人体进行大范围运动。针对维修操作过程中的虚拟人体手部运动控制,分析了虚拟人体的手部交互过程,提出了一种基于动态贝叶斯网络的维修操作智能辅助方法。以某液压缸协同式虚拟维修操作仿真平台为例验证了方法的有效性。该方法实现了对虚拟人体维修操作过程的有效控制,具有实时性好、交互性与感知性强等优点。     

虚拟装配关键技术及其发展

虚拟装配技术是虚拟制造技术的关键部分,它主要实现两个层次的映射,即底层用产品虚拟模型映射了产品物理模型,顶层的虚拟装配仿真过程映射了真实的物理装配过程。虚拟装配关键技术主要包括:碰撞检测、零部件建模以及数据交换与集成、装配规划、基于约束的运动导航与精确定位、线缆管路等可变形体零件装配技术、知识的提取与应用和装配评估与验证等。文中对这些关键技术的研究现状进行了综述,并根据研究现状分析了虚拟装配技术中存在的问题以及发展趋势。     

基于HLA的潜艇作战仿真平台设计与实现

建立了集潜艇装备仿真、反潜CGF仿真、武器对抗仿真、海洋环境仿真为一体的潜艇作战模型体系,采用HLA仿真体系结构构建了完整的潜艇作战分布式仿真平台,系统提供有效的仿真数据收集、存储及分析功能,可以在＂虚拟战场环境＂中开展对抗条件下的潜艇作战效能评估、作战使用方法研究等工作,系统通过扩展接口可与其他非HLA仿真系统互连从而扩展了研究范围。

Abstract：

A comprehensive simulation model framework was established,which included equipment models,anti-submarine forces model,weapon counterwork model,ocean environment model. A HLA-based distributed simulation system for submarine warfare was built to form a virtual ocean combat space,in which research works could be carried out by the means of counterwork simulation. This system provides the functions of simulation data collect,access and analysis,also this system can interlink with other non HLA systems through extension interface.     

在线修正虚拟仿真预测的遥操作机器人系统

带虚拟仿真预测系统的遥操作机器人在核电站等复杂环境中作业时,可能会出现虚拟仿真机器人与实际机器人的工作状态不同步,从而导致影响操作者判断,发出错误指令。研究了一种基于在线修正虚拟仿真预测算法的遥操作机器人系统。主端虚拟仿真预测系统建立了从端环境及机器人的虚拟模型,根据操作者命令对从端机器人的状态实时预测,同时根据从端现场检测到的机器人状态对虚拟机器人进行在线修正,以保证虚拟仿真预测系统与从端机器人工作状态同步。实验结果表明：主端虚拟预测平台能够实时预测出从端工作状态;当从端机器人未能按照指令运动时,主端虚拟场景也与从端的工作状态同步。