120型货车空气制动培训系统关键技术研究

论文摘要

120型货车空气制动阀作为我国当前货车制动机的主体,占据着我国铁路制动的主导地位,因此对120型制动阀检修人员技术水平要求更高。由于120型制动阀内部腔道结构密集,空气制动原理复杂,而目前现场职工培训手段较单一,师资匮乏,培训效果不理想,不利于高速铁路发展的需要。针对这种情况,开发一款适合铁路系统120型空气制动阀结构及工作原理的培训系统具有重大的工程意义。本课题是在此背景下研究开发了120型货车空气制动仿真培训系统。本文以三维动画仿真技术为开发依据,针对目前铁路现场培训方式存在的不足提出问题需求,首次开发出一套适合铁路货车系统制动阀原理教学的三维仿真培训系统,该系统包括制动阀原理和各部件作用位原理,三维演示以交互方式进行展示,课题包括模型建立、气体表现形式、系统实现等环节,力求逼真表现制动阀的作用原理,以易懂、形象、操作方便为开发原则,最大限度使学员掌握其原理,达到教学目的。三角网格模型简化算法的实现,有效提高了系统绘制速度。通过对渐进网格简化算法分析,提出基于渐进网格简化算法的半边折叠简化算法,对制动阀网格模型进行简化,解决了模型复杂度与存储、传输、处理,特别是实时绘制之间的矛盾。研究开发了空气制动阀气体粒子系统表现,基于几何建模方法——粒子系统的基本原理及工作流程,采用了图形学中纹理映射、公告板技术和动态生成视点替用特效技术,结合Maya特效实现气体绘制真实性与实时性的兼容。本系统利用三维动画关键帧技术实现制动阀各部件运动仿真,采用二维、三维演示系统实时切换的方式提高了培训效率;探讨了粒子系统实时性和真实性矛盾问题,同时利用材质属性达到系统逼真化效果;碰撞检测与遮罩技术相结合,有效的约束了气体粒子的运动并解决了粒子外溢现象。该系统可作为我国铁路货车方面制动阀的教学培训工具,可提高铁路各路局检修人员培训效果,为企业降低培训成本做出积极贡献。本课题第一次实现了我国铁路货车用120阀原理利用纯三维模拟方式进行仿真培训,填补了我国空气制动系统难以用三维形式表现的空白,该系统已正式交付眉山车辆厂用于工厂为路局检修人员的培训。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及现实意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题的来源
• 1.1.3 目的与意义
• 1.2 仿真培训系统关键技术
• 1.2.1 仿真技术
• 1.2.2 建模技术
• 1.2.3 三维动画技术
• 1.2.4 系统集成技术
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 2 空气制动阀培训系统创作过程分析
• 2.1 培训系统创作方法
• 2.1.1 三维动画关键技术原理及特点
• 2.1.2 三维动画制作过程
• 2.2 创作工具
• 2.3 本章小结
• 3 培训系统三角网格模型的简化
• 3.1 基于Pro/Engineer环境下培训系统三维模型的建立
• 3.2 三角网格模型的基本概念及表示方法
• 3.3 三角网格模型简化算法概述
• 3.3.1 模型简化的意义
• 3.3.2 三角网格简化原则
• 3.3.3 三角网格简化算法分类
• 3.4 本课题的三角网格简化算法
• 3.4.1 本课题三角网格简化算法主要特点
• 3.4.2 边折叠算法的能量函数
• 3.4.3 半边折叠简化算法主要流程
• 3.4.4 三角网格简化算法实现
• 3.4.5 三角网格模型简化实例分析
• 3.5 本章小结
• 4 气态演示系统的设计与实现
• 4.1 粒子系统概述
• 4.2 粒子系统的工作原理
• 4.3 气体粒子绘制关键性技术
• 4.4 气态粒子系统模型的设计与实现
• 4.4.1 气体演示系统的总体设计
• 4.4.2 培训系统中气体特殊效果
• 4.5 本章小结
• 5 空气制动阀培训系统关键问题与集成
• 5.1 制动阀培训系统表现形式
• 5.2 制动系统再充气情况下实时性与真实性
• 5.3 复杂管路内气体粒子外溢
• 5.4 逼真化的实现
• 5.5 培训系统的集成实现
• 5.5.1 培训系统结构
• 5.5.2 系统集成实现
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集