汽车起重机模拟作业系统关键技术的研究

论文摘要

虚拟样机技术不断发展,特别是实时动力学仿真技术的发展,为车辆的交互式实时仿真提供了一种新的手段。本文将实时动力学引入汽车起重机模拟作业系统,建立某型全路面全轮转向汽车起重机的动力学模型,研究汽车起重机驾驶和吊装模拟作业的相关技术,基于上述技术开发了汽车起重机模拟作业系统。该系统集汽车起重机动力学建模、数学建模、大规模复杂场景组织和管理、计算机动画技术、实时交互于一体。本文主要研究内容如下:介绍虚拟样机技术和机械系统多体动力学的基本理论,以及国内外动力学技术在车辆仿真技术应用上的研究现状和发展趋势。基于多体系统动力学理论,建立某型汽车起重机子系统的动力学模型;采用层次模型的方式组织汽车起重机模型,降低仿真过程中模型转化的运算量,并增强系统的可扩展性;建立汽车起重机协同吊装的数学模型。基于八叉树建立了汽车起重机模拟作业系统所依赖的大规模复杂场景模型。基于数字高程模型,采用双线性插值算法建立了场景的地面模型,减少插值运算的次数并且满足运算精度要求;采用四元数描述实体的旋转运动;采用三维音效辅助增强场景的真实感。讨论模拟作业系统的实时控制模块,以及微分方程的求解;采用广义/狭义二阶段碰撞检测算法,对场景中的物体进行碰撞检测。基于上述技术和算法,在图形渲染引擎OGRE和物理引擎Havok的基础上,描述物理引擎求解结果驱动三维图形的实现过程,以及某型汽车起重机模拟作业系统的结构。输入设备接口和硬件抽象层接口的设计使得系统独立于不同的外部设备,多线程运算充分发挥现代计算机多处理器、多核的特点,提高系统的并行度,有效提高系统的响应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 汽车起重机建模
• 2.1 汽车起重机子系统建模
• 2.2 汽车起重机的层次模型
• 2.3 变幅机构的数学模型
• 2.4 协同吊装工况的数学模型
• 2.5 本章小结
• 3 汽车起重机仿真场景渲染
• 3.1 大规模复杂场景模型的建模
• 3.2 预编辑动画
• 3.3 仿真特效
• 3.4 本章小结
• 4 汽车起重机模拟作业系统实时计算
• 4.1 模拟作业系统的实时控制和求解
• 4.2 汽车起重机的碰撞检测
• 4.3 本章小结
• 5 汽车起重机模拟作业系统
• 5.1 汽车起重机的图形建模
• 5.2 汽车起重机的动力学建模
• 5.3 汽车起重机交互式控制
• 5.4 多线程运算
• 5.5 仿真特效实例
• 5.6 模拟作业系统仿真效果
• 5.7 本章小结
• 6 全文总结及研究展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文目录