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【6h】

桥门式起重机模拟培训系统设计与实现

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摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外桥式起重机模拟培训系统研究状况

1.2.1 课题的研究意义

1.3 论文的主要内容

1.3.1 论文的主要内容

2 模拟培训系统总体结构设计

2.1 系统功能

2.2 仿真系统结构与工作原理

2.2.1 仿真系统结构

2.2.2 系统的原理

2.3 系统实现过程

2.3.1 3DS MAX和Virtools应用

2.4 系统关键技术

2.4.1 建模技术

2.4.2 模型优化技术

2.4.3 碰撞检测

2.5 本章小结

3 桥式起重机仿真建模

3.1 模型建模

3.1.1 三维建模

3.1.2 模型构建

3.1.3 桥机三维模型建立与优化

3.1.4 训练场景三维模型

3.2 运动仿真建模

3.2.1 重物的数学模型

3.2.2 小车状态方程

3.2.3 状态方程的解法

3.2.4 小车重物系统仿真运动实现

3.3 本章小结

4 桥式起重机虚拟系统碰撞检测研究

4.1 算法框架

4.2 静态场景管理

4.3 基于均匀网格与AABB相结合的碰撞检测

4.3.1 一种改进的平衡二叉树

4.3.2 算法步骤

4.4 实验与分析

4.5 本章小结

5 桥式起重机仿真训练系统实现

5.1 导入场景模型

5.2 桥机控制功能实现

5.2.1 桥机的运动控制描述

5.2.2 桥机运动的键盘控制

5.2.3 桥机运动的操纵杆控制

5.3 重物惯性的实现

5.4 碰撞检测的实现

5.5 其他功能

5.5.1 超重报警

5.5.2 旋转和缩放相机

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

虚拟现实仿真技术具有安全、经济、高效的特点。目前已广泛应用于导弹跟踪系统运行轨迹仿真训练、汽车驾驶培训、船舶驾驶模拟器以及飞机仿真驾驶室等领,本文针对桥门式起重机模拟培训系统的设计与实现展开研究。
  论文建立了系统框架,通过研究系统的结构、特点和相关技术,建立桥门式起重机在实际工作状态下的仿真系统基本构架。首先使用SolidWorks软件构建实体模型,其次使用3DS MAX软件对已建立好的实体模型进行优化,最后导入Virtools中,即在虚拟环境中进行人机交互。针对重物在小车运动过程中的摆动状况问题进行研究,建立运动方程,并求解。使用Virtools软件实现小车重物系统仿真。提出了碰撞检测的新算法,即均匀网格与AABB结合,并可手柄控制桥机仿真系统,奠定了与其他硬件连接的基础。
  本文针对桥门式起重机模拟培训系统全三维场景的设计,场景形象,完整展现出现实中桥门式起重机操作的面貌。此系统是一种集成传感器、三维实时动画、人工智能、数据通信、网络、多媒体技术等先进技术于一体的仿真系统,最终实验取得令人满意的效果。

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