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基于开源引擎的协同吊装仿真研究与实现

作　者: 王洪路
导　师: 吴迪
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 协同吊装仿真 OGRE 碰撞检测 ODE
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 205次
引　用: 3次
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内容摘要


随着虚拟现实和三维仿真技术的发展,越来越多的针对特定领域的仿真系统应运而生。而针对目前起重吊装行业中手工制定吊装方案的繁重和低效,且无法直观地对吊装方案的有效性和可行性进行分析的缺点,研究如何借助仿真工具提高吊装方案的制定效率以降低吊装成本具有非常重要的现实意义。现代吊装技术发展迅猛,吊装设备的重量不断增大,吊装环境日趋复杂,两台起重机乃至多台起重机的协同吊装也越来越多。为合理、高效而可靠地设计协同作业方式下的吊装方案,本文对两台起重机协同吊装作业进行了深入的探索和研究,建立了相应的数学模型,给出了协同吊装作业的仿真方法。在对三维图形引擎OGRE进行系统的分析和研究后,基于OGRE构建了交互式图形建模系统,并在分析履带起重机的构成和工作特点基础上,设计了起重机模型和仿真动作,实现了三维仿真系统的建模功能。为提高仿真系统的真实性和可靠性,本文对碰撞检测技术、三维距离计算技术和动力学仿真技术进行了深入研究,提出了碰撞检测、距离计算和动力学仿真的方法。在实现广义/狭义二阶段碰撞检测算法的基础上给出了算法的改进策略并很好的应用到距离计算中。在分析ODE引擎的基础上建立了协同吊装系统的动力学模型,这些研究和实现为交互式吊装仿真提供了良好的模拟环境。最后将以上的研究内容结合在一起,应用到面向吊装行业的三维吊装仿真系统中,很好的实现了协同吊装的仿真模拟。系统运行的效果表明,通过吊装仿真系统模拟起重机在虚拟的作业环境中进行吊装作业仿真,可以逼真地查看起重机实施吊装作业的全过程并交互地制定和调整吊装工序,能快速地排除不可行的吊装方案和实施过程中可能出现的问题,通过仿真比较寻求最佳吊装方案,这为吊装方案制定人员和现场指挥人员提供了逼真而有效的信息,从而极大地提高了吊装方案制定的可行性和有效性。此外,通过本文的研究,为进一步研究更复杂的吊装仿真模拟打下了良好的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题相关背景  8-12
    1.1.1 三维引擎简述  8-10
    1.1.2 协同吊装作业  10-12
  1.2 国内外发展现状  12-14
    1.2.1 引擎的发展现状  12-13
    1.2.2 吊装仿真的发展现状  13-14
  1.3 本文的主要工作内容  14-16
2 基于OGRE引擎的图形建模与起重机建模  16-33
  2.1 OGRE图形渲染引擎  16-24
    2.1.1 引擎系统分析  16-22
    2.1.2 场景结构体系分析  22-24
  2.2 交互式图形建模设计  24-29
    2.2.1 图形创建器  25-28
    2.2.2 图形编辑器  28-29
    2.2.3 图形操作器  29
  2.3 履带起重机建模与仿真动作设计  29-32
    2.3.1 起重机的构成及工作特点  30
    2.3.2 起重机模型建立  30-31
    2.3.3 起重机仿真动作设计  31-32
  2.4 本章小结  32-33
3 基于碰撞检测和距离计算的协同吊装仿真研究  33-48
  3.1 碰撞检测算法简介  33
  3.2 广义/狭义二阶段算法的实现  33-36
    3.2.1 广义碰撞检测  33-36
    3.2.2 狭义碰撞检测  36
  3.3 二阶段算法的改进和距离计算  36-41
    3.3.1 碰撞时的加速策略  36-39
    3.3.2 距离计算  39-41
  3.4 协同吊装的数学模型  41-47
    3.4.1 旋转计算  43
    3.4.2 起升计算  43-44
    3.4.3 起重机状态调整计算  44-46
    3.4.4 平稳代价曲线  46-47
  3.5 本章小结  47-48
4 基于ODE引擎协同吊装的动力学仿真研究  48-55
  4.1 ODE动力学引擎  48-49
  4.2 协同吊装的动力学模型建立  49-54
    4.2.1 引擎分析  49-52
    4.2.2 吊装系统  52-53
    4.2.3 动力学建模  53-54
  4.3 本章小结  54-55
5 三维吊装仿真系统的设计与实现  55-62
  5.1 系统总体结构设计与实现  55-59
    5.1.1 系统总体结构  55-57
    5.1.2 相关技术实现  57-59
  5.2 仿真实例及效果分析  59-61
  5.3 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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