三维视景仿真技术在CTCS3级仿真系统中的应用

论文摘要

为适应我国铁路高速、安全的需求,中国铁路迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。铁路部门提出了发展适于我国国情的CTCS(中国列车运行控制系统)的策略。由于CTCS的研究需要大量的试验工作,不仅耗费大量的人力、物力和时间,同时也会对既有线上其他列车的运行造成影响,因此迫切需要对CTCS开发仿真测试平台,这将有助于对其相关问题进行研究。运用计算机仿真技术对CTCS建立系统模型进行研究,是一种非常有效的研究方法。它能对不同的控制算法进行分析比较,从而对系统性能得出正确的评价。使用三维视景仿真技术模拟司机角度的视景情况,能大大增强仿真系统的真实感和可信度,因此三维视景仿真系统是整个仿真平台不可缺少的模块。论文紧密结合实验室的CTCS3级仿真测试平台的建设,开发了三维视景仿真系统,工作主要涵盖以下几个方面:(1)三维地形以及线路、车站等模型的构建;(2)三维实时视景仿真软件模块开发;(3)与CTCS3级仿真平台的通信软件模块设计;(4)三维视景实时显示优化技术的研究;在这当中,三维地形的构建以及实时显示优化技术是论文的重点和难点。要在有限的计算机硬件条件下,从软件设计上采用优化技术,如何在程序的实时性与视觉的真实性之间寻求平衡,提高逼真度。仿真过程证明:将三维视景技术应用于地铁列车运行控制系统仿真平台的建设上,仿真者可以获得与司机驾驶室相似的直观感受,且各部分模型由于基于三维建模技术架构,可根据需要灵活修改。由于采用分布式软件设计架构,此软件模块具有相对独立、易于维护、可扩展等特点。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 论文选题的目的和意义
• 1.2 CTCS3 级概述
• 1.3 三维视景仿真技术及其在轨道交通中的应用
• 1.3.1 三维视景仿真现状
• 1.3.2 三维视景仿真技术在轨道交通中的应用
• 1.4 开发三维视景模块的软件选择
• 1.5 本文主要工作和各章内容安排
• 2 三维视景仿真系统的总体设计
• 2.1 CTCS3 级仿真平台总体构架的分布式设计
• 2.2 三维视景仿真系统的网络通信方式
• 2.2.1 分布式虚拟环境对通信机制的要求
• 2.2.2 网络通信协议
• 2.3 三维视景仿真系统的逻辑结构
• 2.4 三维视景仿真系统开发步骤
• 2.5 本章小结
• 3 三维视景仿真系统建模
• 3.1 实时三维建模
• 3.1.1 地形的创建
• 3.1.2 线路设备模型的创建
• 3.1.3 自然人文景物的创建
• 3.2 模型数据库的合成
• 3.3 建模常见问题
• 3.4 本章小结
• 4 三维视景仿真系统的设计与实现
• 4.1 视景驱动模块总体设计
• 4.2 三维场景的配置
• 4.3 三维场景的驱动
• 4.4 自然现象的模拟
• 4.4.1 雾的模拟
• 4.4.2 基于粒子系统的雨雪的模拟
• 4.5 本章小结
• 5 三维视景实时显示技术
• 5.1 三维地形的数据分割
• 5.2 LOD 技术
• 5.2.1 LOD 的连续性
• 5.2.2 LOD 模型数据库的优化组织方式
• 5.2.3 形状的保留
• 5.3 纹理映射技术
• 5.4 实例（INSTANCE）化技术
• 5.5 外部引用技术
• 5.6 对纹理的处理
• 5.7 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 参考文献
• 作者简历