基于虚拟现实的拖拉机试验场景建模技术研究

介绍了使用三维建模软件Multigen Creator创建拖拉机试验场的建模过程和方法;探讨了场景模型数据库的结构设置、地形构造、地物模型建立、纹理映射以及其他关键建模技术和难点,详细阐述了试验场典型试验路面的建立过程,建立了一个适用于虚拟现实系统的拖拉机虚拟试验测试场景。通过测试,场景模型在Multigen Vega Prime仿真过程中内存占用较小,实时运行效率高,为进行拖拉机虚拟试验检测提供了新方法和场景平台。     

#br# 基于数据驱动的虚拟场景搭建及#br# 模型检索优化方法#br#

为更科学、高效地搭建虚拟场景渲染平台,解决大量虚拟场景模型的存储与检索的难度问题,运用虚拟仿真技术对使用先进的农业装备和合理规划的果园进行评估、对大量的虚拟场景模型特征信息进行提取及参数化建模,存储到数据库中,建立哈希索引列加速检索。以Unity3D为场景的开发平台,结合典型开源关系型数据库MySQL为虚拟场景模型特征信息参数存储载体,并建立哈希索引列。在数据驱动下,快速构建出符合需求的三维模型,实现了大量三维模型的快速检索调用。以果园场景为例,将天气系统仿真场景数据、多种类果树模型数据、实景扫描地形数据导入数据库中,构建果园场景数据库,快速创建虚拟果园场景仿真平台。仿真结果表明,该方法构建的数据库可以较好地支持场景平台的虚拟设计与仿真,且提升三维模型的检索效率,缩短了农业虚拟场景渲染平台的开发周期,为虚拟场景渲染平台的设计及搭建提供技术借鉴。     

基于OGRE的铰接式地下矿车驾驶模拟系统

针对地下矿车的工作环境,以自主研发的铰接式地下矿车为原型,分别建立了驾驶模拟系统场景模型、车辆三维模型及巷道模型。充分考虑驾驶模拟器的实时性及真实性需要,建立了地下矿车的三自由度动力学及运动学非线性离散化模型。使用开源图形引擎OGRE驱动模型及场景,将动力学及运动学模型与OGRE融合。使用光线投射方法,虚拟出激光测距传感器,为地下矿车智能控制技术研究提供了良好平台。     

车辆虚拟试验系统的实现

论述了基于虚拟现实技术的汽车虚拟试验系统，利用ADAMS动力学软件获取的动力学分析数据来驱动虚拟场景中的试验车辆，同时配合虚拟仪表准确动态显示车辆的运动状态参数，实现车辆的虚拟试验过程仿真。用户可操纵鼠标、键盘与虚拟场景进行交互作用。     

VPG技术在汽车中的应用

虚拟试验场(VPG)技术以整车为研究对象,以Ls-Dyna为求解工具,全面考虑各种非线性因素和实际载荷工况,可以实现对汽车的碰撞、乘员安全、疲劳寿命和NVH等的精确仿真。VPG具有标准的路面、轮胎、悬架、假人数据库和参数化的碰撞试验方案,可以大大简化建模,提高虚拟试验的标准化。     

作物行识别算法的虚拟试验方法

针对作物行识别算法的传统开发过程对田间作物生长周期依赖性较强,错过适当的田间图像采集时期将直接导致算法开发周期延长等问题,提出一种基于虚拟场景的作物行识别算法测试方法,即在虚拟环境下模拟农田作物行场景和图像采集系统,运用虚拟作物行图像测试作物行的识别算法。该方法在虚拟现实环境下建立作物行场景模型;提出一种融合建模法,根据作物和杂草的几何特征建立对应的三维几何模型;根据实际田间作物的空间分布特征,建立株距、行距可调的田间作物行模型;以Vega Prime为视景仿真工具,通过配置投影模式、渲染模式、视点位姿和图像采集规格,构建图像采集系统,输出作物行场景图像。以苗期棉花作物行为建模对象,对一种经过田间试验验证的双目视觉作物行识别算法进行测试试验。对比实际棉田图像对应的试验结果,同一作物行识别算法的识别正确率、偏差角和图像处理时间均相近。结果表明,本文建立的虚拟棉田作物行与实际棉田作物行场景相近,能够用于作物行识别算法的测试。     

基于虚拟现实技术的喷灌机试验研究

随着仿真技术的发展与应用,虚拟试验也越来越得到广泛应用。为此,以喷灌机的虚拟试验为例,讨论了基于MultiGen-Creator如何建立地形模型以及建立复杂机械模型的原理与方法;同时,利用Vega Prime进行了场景驱动和漫游,解决了VC开发虚拟场景驱动参数和编程环境设置问题。     

基于UG的车身内部布置人机设计工具的研究开发

基于驾驶员舒适坐姿模型,利用人机工程学原理,建立了驾驶员H点和手握点舒适功能域模型.以UG作为图形支撑环境,运用Visual C 语言和UG/Open API等工具,开发了汽车车身内部布置人机工程设计工具,以方便汽车车身内部布置的设计和评价.     

基于Unity 3D的撒肥机虚拟仿真

选取2FL-Ⅰ型撒肥机为研究对象,在对其机械结构和工作原理进行理论分析基础上,使用Pro/E对撒肥机进行三维建模,使用3DS Max对模型附加材质,调整坐标轴等;将调整好的三维模型导入到Unity3D软件当中,建立虚拟场景,利用软件的物理引擎对撒肥机的机械传动过程进行虚拟仿真。该设计实现了机械零件的动态装配和三维透视观察、撒肥效果模拟,摄像机近景作业跟随和远景作业观察等功能,为农机的虚拟设计和垦区农场的农机教学、展示服务。     

农业机械虚拟试验交互控制系统

设计了农业机械虚拟试验系统,建立了田间工况模拟与虚拟交互控制试验平台.根据耕作区域的数字地图及农田作物图像信息,设计农业机械虚拟试验场,实现人和农业机械在虚拟环境内的漫游.建立四自由度模拟试验台,实现对拖拉机在田间行走时姿态的模拟仿真.从虚拟场景中提取作物行的位置信息,根据这些信息给出控制信号,进行拖拉机行驶速度、方向和平衡控制,使拖拉机沿作物行行驶.试验表明,横滚角最大偏差为0.34°,偏航角最大偏差为0.51°,高程最大偏差为2.5 mm,行走速度最大偏差为0.12 km/h.实体样机和虚拟样机有较好的一致性.     

四履带车辆转向性能仿真研究

针对四履带车辆特点,建立了考虑履带宽度以及滑转、滑移的四履带车辆稳态转向数学模型,并对模型进行了数值求解,分析了各因素对其稳态转向性能的影响。基于多刚体动力学软件RecurDyn对某四履带车辆进行了虚拟样机转向仿真试验,仿真结果与理论计算吻合较好,证明模型具有较高的可靠性。     

轮距-地隙可调式智能车辆稳定性影响规律

以车辆受力模型为研究基础,将不同轮距、不同地隙为因变量,研究地隙、轮距对车辆稳定性的综合影响规律。并运用虚拟样机软件ADAMS对设计样机进行稳定性仿真验证分析,为样机参数调节提供理论指导。通过样机进行实物试验得出轮距、地隙调节对车辆稳定性影响的变化规律,并验证稳定性理论推导的正确性。      

基于ADAMS和MATLAB的车辆半主动悬架系统的研究

基于Adams建立了整车多体系统动力学仿真模型,基于VB编写了国家B级路面生成程序,并将模型和程序导入Matlab,在Matlab/Simulink环境下建立模糊控制系统,进行基于Adams与Matlab的联合仿真,实现虚拟环境下车辆行驶平顺性的仿真研究。研究结果表明,模糊控制的半主动悬架系统明显减少了车辆振动,因此,有效地改进了车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。     

汽车平顺性的虚拟样机试验

应用面向整机系统虚拟样机的概念,将研究对象分为悬架、轮胎、路面等模块。用BEAM力将悬架多片板簧简化为一片主板簧或一片主板簧和一片副板簧，用ADAMS的FIALA模型轮胎表示车辆轮眙．根据ISO噪声路面的功率谱参数，设计了车辆行驶的路面文件。同时建立了三维实体虚拟整车模型，实现了虚拟午辆的仿真行驶。虚拟汽车仿真行驶时，能够体现真实车辆的运动学和动力学关系。驾驶员振动加速度仿真值与实测值接近。研究结果表明，对于汽车这一复杂的机器系统．通过在计算机上建立详细的虚拟样机进行平顺性分析是可行的.     

基于RecurDyn和Simulink的电传动车辆转矩控制策略

结合由多体动力学软件RecurDyn建立的履带车辆动力学模型及地面模型以及由Matlab/Simulink建立的驱动电动机控制系统模型,构建了整车虚拟样机;分析和建立了转矩控制策略,对驾驶员信号进行了解析,利用Stateflow建立了控制逻辑;在此虚拟样机基础上利用联合仿真的方法对转矩策略进行了仿真和样机试验,验证了转矩控制策略方法的正确性.     

国内汽车试验场特征分析

针对国内汽车试验场耐久性规范标准各不相同的问题,提出了一种基于载荷谱分析的对照方法,解决了试验场特征模糊不清、难以比较的问题。该方法以累计损伤原理为基础,通过采集某国内某大型试验场和其他两个国内汽车试验场耐久性规范下的载荷信息,以轮心六分力作为参考,对照分析伪损伤和载荷分布,得出各试验场耐久性规定的考核强度关系,结合道路信息,分析特定道路的强化程度。     

基于ADAMS的丘陵山地小型玉米收获机仿真

对某小型玉米收获机的整车性能进行了研究。将在Pro/E中建立的整机三维模型导入UG中进行了布尔和运算,减少约束,简化模型。运用ADAMS建立了虚拟样机模型,通过平路上的实车试验验证了所建仿真模型满足虚拟试验要求。利用虚拟样机模型测试了整机的临界侧倾角度和最大爬坡坡度,从而避免了在危险条件下的实车试验。同时利用虚拟样机模型和车辆圆锥指数分析了机器在松软地面上的通过性能。     

基于虚拟技术的车辆操纵稳定性评价系统

把虚拟样机技术与虚拟现实技术应用到车辆的操纵稳定性研究中，设计了车辆操纵稳定性虚拟试验研究平台，把车辆的建模、仿真分析、虚拟再现、评价集成在一起，并以车辆的单移线试验为例阐述了评价系统的实现。结果证明，配合虚拟仪表以及虚拟环境，虚拟试验突破了原有仿真曲线等评价的不足，通过立体视觉设备，人可以沉浸到环境中，以闭环的方式体验车辆的性能。     

某轻型高机动车辆双横臂悬架运动学仿真分析

针对具有前双横臂独立悬架的某轻型高机动车辆,应用虚拟样机技术建立多体运动学模型。通过ADAMS仿真分析,揭示了车轮定位参数及轮胎侧向滑移量在悬架运动过程中的变化规律,为轻型高机动车辆的悬架系统设计提供了一种方法。