自行式高空作业车虚拟运动系统

论文摘要

现在,对于高空作业车的推广展示和技术交流,主要还是依赖实物、广告宣传以及少量的3D动画等。这种产品展示,因受设备规模、场地条件等的限制,仅凭其外观是不能很好的了解高空作业车的机械性能和工作特点的。根据作者对文献的查询,目前存在的三维演示软件多局限于简单的模型演示,真正开发出实用性较强的演示软件国内仍比较少见,国内目前尚不存在针对高空作业车工况演示,技术特性计算和计算结果显示功能相结合的成熟三维软件,因此对高空作业车虚拟运动系统的研究有着重要的意义。本文针对以上问题,以GTBZ系列自行式高空作业车为研究对象,着重研究了组件对象模型技术、面向对象的几何建模方法以及高空作业车的运动仿真技术,实现了GTBZ系列高空作业车的三维模型建立、基本工况仿真和对技术特性参数的实时显示,通过人机交互,实现相应技术特性参数的计算,如稳定性和轮胎支反力等。本文研究的核心技术有以下几点:组件对象模型技术是虚拟运动系统的核心研究内容之一,本文设计了与Matlab联合仿真的底层接口,实现了对Matlab的循环调用来显示不同工况下各技术参数。面向对象的几何建模方法是虚拟运动系统中的另一核心研究内容。本文深入研究了基于OpenGL的图形学方法,创建符合高空作业车结构的基本几何体,给出了虚拟系统中三维建模原则和实现方法。运动仿真技术的研究是结合图形变换的基本知识和高空作业车的运动特点,给出了高空作业车虚拟运动系统的运动计算模型建立方法,实现了高空作业车的仿真运动。最后将上述核心研究内容相结合,在Visual C++.Net开发平台下,实现了一个基于OpenGL的自行式高空作业车虚拟运动系统,对该系统进行框架设计并给出系统的实现效果,验证了前几项技术的可实现性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 高空作业车发展概述
• 1.3 产品展示的发展历史及趋势
• 1.4 主要研究内容
• 2 虚拟系统的核心技术
• 2.1 面向对象的几何建模方法
• 2.1.1 面向对象的技术概念
• 2.1.2 面向对象技术的基本特征
• 2.1.3 面向对象技术的建模技术
• 2.2 三维场景可视化方法
• 2.2.1 空间二分树（BSP）
• 2.2.2 四叉树（Quadtree）
• 2.2.3 包围体层次树（BHVT）
• 2.2.4 八叉树（Octree）
• 2.3 图形变换
• 2.3.1 视点变换和模型变换
• 2.3.2 投影变换
• 2.3.3 视口变换
• 2.4 组件对象模型（COM）技术
• 2.4.1 COM对象和接口
• 2.4.2 类和接口的标识
• 2.4.3 接口继承
• 2.5 小结
• 3 虚拟运动系统中的计算分析与实现
• 3.1 高空作业车空间几何关系计算
• 3.1.1 铰点布置及计算
• 3.1.2 作业高度及幅度计算
• 3.2 整机稳定性计算
• 3.3 轮胎支反力计算
• 3.4 运动学分析
• 3.5 虚拟运动系统与Matlab的联合仿真
• 3.5.1 在VC环境中调用Matlab程序的主要方法
• 3.5.2 虚拟系统中基于COM调用Matlab的方法
• 3.6 小结
• 4 虚拟运动系统的三维建模技术
• 4.1 目前采用的三维建模方法
• 4.2 高空作业车各部分结构与特点
• 4.2.1 高空作业车各部分结构
• 4.2.2 高空作业车各部分结构特点
• 4.3 虚拟系统中的高空作业车建模原则
• 4.4 虚拟系统中高空作业车各部件建模
• 4.5 高空作业车整车装配
• 4.6 小结
• 5 基于OpenGL的虚拟运动系统
• 5.1 OpenGL在虚拟系统中的功能和工作流程
• 5.1.1 OpenGL在Window下的运行机制
• 5.1.2 OpenGL在虚拟系统中功能
• 5.1.3 OpenGL在虚拟系统中工作流程
• 5.2 虚拟运动系统的框架
• 5.2.1 总体框架
• 5.2.2 虚拟运动系统的模块介绍
• 5.3 虚拟运动系统中的三维场景组建
• 5.4 运动仿真
• 5.4.1 运动形式
• 5.4.2 运动合成
• 5.5 小结
• 6 实例分析
• 6.1 实例技术参数
• 6.2 系统流程图
• 6.3 仿真结果
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 工作平台的三维建模与颜色材质示意程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢