基于虚拟现实技术的异形高耸塔机培训系统的研究

发布时间：2017-05-11 01:13

  本文关键词：基于虚拟现实技术的异形高耸塔机培训系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：塔式起重机是在建筑结构施工过程中发挥着重要的作用，其所具有的施工范围广、作业半径大等特点极大的提高了施工效率，降低了劳动强度，促进了施工机械化。在电厂烟囱、冷却塔塔体等高耸建筑结构的施工中，一般采用塔机与升降机组合的方式来完成物料与人员的运输，此种方式的施工成本较大，且塔机的使用效率较低，这在一定程度上影响了施工进展。本文根据中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院提出的针对异形高耸建筑结构施工用起重升降装备设计方案，针对普通塔机在高耸建筑结构的施工中的不足，综合运用计算机辅助技术对异形高耸塔式起重机进行创新设计与分析工作。 同时，由于异形高耸塔机的操作是通过联动平台来实现的，操作方式有别于普通塔机，而且为了提高异形高耸塔机作业人员的工作技能，防止事故发生，，有必要对异形高耸塔机作业人员进行操作培训。鉴于虚拟现实技术在虚拟培训系统中的强大功能和优势，本文主要研究基于虚拟现实技术的异形高耸塔机培训系统，在虚拟环境中培训异形高耸塔机作业人员的若干关键技术。 虚拟现实技术是一种集成了传感器技术、计算机接口技术、三维实时动画技术、人工智能技术、数据通信技术、网络技术、多媒体技术等先进技术于一体的仿真系统，借助虚拟现实技术的3I特性—沉浸(Immersion)、交互(Interaction)和构想(Imagination)，受训者可以沉浸在虚拟操作环境当中，而且培训不受时间、气候、场地的限制。建立与现实相同的场景和操作机器的模型，设置不同的视点，并能模拟各种天气、风速、风向对货物的影响等功能，增强被培训者学习时的真实感和对虚拟环境的代入感，让被培训者有“沉浸”于其中的感觉。 本文根据中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院提出的针对异形高耸建筑结构施工用起重升降装备设计方案，分析异形塔机的总体结构组成，在3ds max中对塔机模型进行处理并对异形塔机实际工作环境进行制作、烘焙贴图以及渲染等工作。真实再现异形塔机的工作场景。通过对异形高耸塔机的实际使用要求进行分析，确定该塔机虚拟操作系统的结构。基于MFC和OSG建立异形塔机人机交互式三维仿真平台，其带有演示区、操作主视角区和场景模拟区等操作模块。针对本异形高耸专用塔机的操作特点，参考目前使用的培训标准，设置不同的视点（地面视点、建筑物顶端视点和输送平桥视点等），可以根据操作的需要和便捷性进行切换。使被培训者能够准确的定位货物与吊钩的相对位置，实现便捷的操作培训。最后通过虚拟现实系统与异形高耸专用塔机的结合，研究对塔机的虚拟远程监控，并结合OSG和其中的LOD技术来实现塔式起重机模拟器中三维场景的管理和优化。
【关键词】：异形专用塔机 虚拟现实系统 OSG 培训
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH213.3;TP391.9
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 课题的提出10-11
• 1.1.2 课题来源11
• 1.2 国内外相关研究现状11-15
• 1.2.1 高耸建筑结构施工国内外研究现状11-12
• 1.2.2 起重机训练模拟器国内外发展现状12-14
• 1.2.3 安全监控管理平台国内外研究现状：14
• 1.2.4 训练模拟器相对于实机训练的优点14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-18
• 2 虚拟培训系统的系统分析和设计18-28
• 2.1 异形高耸塔机虚拟培训系统的功能分析18
• 2.2 塔式起重机虚拟操作系统的结构组成及其工作过程18-19
• 2.2.1 虚拟培训系统的组成结构18-19
• 2.2.2 虚拟操作系统的工作过程19
• 2.3 虚拟操作系统设计19-20
• 2.4 异形专用塔式起重机总体结构组成20-23
• 2.4.1 金属结构20-23
• 2.4.2 工作机构23
• 2.4.3 驱动控制系统23
• 2.5 异形高耸塔机虚拟操作系统的硬件设备23-25
• 2.5.1 3D 眼镜23-24
• 2.5.2 多通道投影显示设备24-25
• 2.6 开发平台简介25-26
• 2.6.1 nVision R9.0 虚拟现实应用软件平台25
• 2.6.2 Microsoft Visual Studio25-26
• 2.7 虚拟操作系统达到的性能指标26-27
• 2.8 本章小结27-28
• 3 虚拟环境下几何模型的建立28-38
• 3.1 虚拟场景结构组成28-29
• 3.2 虚拟现实仿真场景的组成29-31
• 3.2.1 虚拟现实视景系统的分析29-30
• 3.2.2 场景模型的建立30-31
• 3.3 OSG31-35
• 3.3.1 OpenSourceGraph 概念31-33
• 3.3.2 OSG 的组成模块33
• 3.3.3 OSG 下场景组织33-34
• 3.3.4 系统程序的更新与回调34-35
• 3.4 培训器的漫游方式35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 4 培训器运动控制的研究38-48
• 4.1 操纵虚拟世界的主要方法38-39
• 4.2 异形高耸塔机培训器的交互系统39-40
• 4.2.1 半实物式交互控制39-40
• 4.2.2 用户界面实现40
• 4.3 虚拟培训器的设计与实现40-47
• 4.3.1 功能分析40-41
• 4.3.2 程序框架41-43
• 4.3.3 交互控制技术的应用43-45
• 4.3.4 键盘变量的获取45
• 4.3.5 虚拟塔机运动的实现45-46
• 4.3.6 塔机运行情况的实时更新46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 塔机虚拟安全监控管理48-56
• 5.1 系统方案48-51
• 5.1.1 塔机监控系统需求分析48-50
• 5.1.2 系统总体设计50-51
• 5.2 系统软件的实现51-54
• 5.2.1 运动变量的获取51
• 5.2.2 虚拟塔机运动的实现51-52
• 5.2.3 虚拟监控系统实时性的提高52-54
• 5.3 本章小结54-56
• 6 总结与展望56-58
• 6.1 研究工作总结56-57
• 6.2 研究展望57-58
• 致谢58-60
• 参考文献60-64
• 附录一 攻读硕士学位期间发表论文64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：355921