基于虚拟现实的集装箱岸吊仿真培训系统的集成与研究

论文摘要

基于虚拟现实的岸吊仿真系统的培训是当今及未来岸吊培训学习的重要方向之一。国内对于岸吊仿真系统的研发还处在起步阶段,有的虽在实验阶段已获得成功,但是系统集成性有待提高,民用推广方面尚有欠缺,有必要设计开发一种高效实用的多功能岸吊仿真系统。清华大学深圳研究生院现代物流中心物流与仿真实验室于2008年成功研制出一套岸吊仿真系统,该系统在软、硬件研发方面都取得较大突破。同年9月份我实验室在充分吸收该套系统科研成果的基础上,再次组织人员独立开发一套功能完整的、更具工业用途的岸吊仿真系统。本文正是围绕这一系统的设计研发展开。首先对仿真系统进行新的功能定位及总体设计,之后对前任成员研制的软件部分进行完善和修改,优化了系统结构及仿真模型,然后结合软件功能设计出配套的硬件方案,最终集成软、硬件,开发出我实验室第二套岸吊仿真系统。研究和设计开发的过程遵循了从整体到局部、并行化开发、由点到面的原则方法,并按照完善功能、优化仿真效果、调试修改、硬件支持软件的步骤,完成了岸吊仿真系统研究和设计开发。系统具有采用真实的岸吊操作台、单投影斜屏幕显示、多种环境模拟等特点。本文的主要内容包括:(1)提出了一种功能齐全的岸吊仿真系统设计方案。(2)分别设计了软件集成及软硬件的集成方法。(3)完善软件系统功能、优化仿真模型。(4)设计并比较了几种硬件设计方案。(5)指出系统的可扩展性及未来开发设计方向。其中,利用系统集成及Virtools开发平台进行仿真优化是本文的重点。优化仿真模型的技术关键主要在于振动仿真、空气阻尼等因素的影响和提高模型的真实性与实时性。本文将振动仿真问题转化为视景抖动来解决,分别分析空气阻力、天气状况及光线明暗等因素对模型的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外岸吊仿真系统研究的现状和发展趋势
• 1.2.1 国外岸吊仿真系统研究
• 1.2.2 国内岸吊仿真系统研究
• 1.3 课题相关技术
• 1.3.1 仿真与虚拟现实技术
• 1.3.2 Virtools 建模
• 1.4 本文主要研究工作
• 1.5 论文组织
• 第2章 岸吊仿真系统的总体设计
• 2.1 岸吊仿真系统的功能设计
• 2.1.1 岸吊仿真系统的功能需求
• 2.1.2 岸吊仿真系统的功能设计
• 2.2 岸吊仿真系统设计的难点及关键技术
• 2.2.1 物理模型优化
• 2.2.2 系统集成
• 2.2.3 数据通讯技术
• 2.3 岸吊仿真系统设计的技术路线和方法
• 第3章 Virtools 模型设计
• 3.1 模型运行原理与结构
• 3.1.1 模型原理
• 3.1.2 模型整体结构
• 3.2 新模型功能设计
• 3.2.1 碰撞检测
• 3.2.2 天气设置
• 3.2.3 吊具微调
• 3.2.4 模拟夜间环境
• 3.2.5 拖车运行
• 3.2.6 读写数据库
• 3.3 技术难点
• 3.3.1 抓取判断
• 3.3.2 空气阻尼仿真
• 3.3.3 视觉震荡模拟
• 第4章 岸吊仿真系统集成开发
• 4.1 软件集成
• 4.1.1 MIS 开发
• 4.1.2 数据库设计
• 4.2 软硬件集成设计
• 4.3 硬件解决方案设计
• 4.3.1 硬件架构
• 4.3.2 硬件方案比较
• 第5章 结论
• 5.1 论文结论
• 5.2 论文后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历