基于虚拟现实的滑雪模拟器系统设计与研制
本文关键词:基于虚拟现实的滑雪模拟器系统设计与研制 出处:《北京交通大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 虚拟现实 模拟器 伺服驱动系统 三自由度平台 人机交互
【摘要】:随着虚拟现实(VR)技术的迅速发展,在滑雪模拟器系统开发的过程中逐渐引入了虚拟现实技术。滑雪模拟器作为一种能够正确模拟滑雪动作的仿真设备,不仅能对滑雪运动员进行训练、缩短培训周期,还能以新的传播方式向民众普及和推广冬季体育运动。目前国内的滑雪模拟器大多只停留在简单的机械运动上,存在系统操作复杂、使用寿命短、用户体验差等问题。虚拟现实技术则为滑雪仿真平台提供了新的解决方案。本文针对滑雪模拟器的运动特性和实际应用的需要,对基于虚拟现实技术的滑雪模拟器系统进行了分析与研制工作,研究成果具有实际的应用价值。全文的主要研究内容如下:1.研究了滑雪模拟器设计原则以及技术指标,结合虚拟现实技术确定了滑雪模拟器总体设计方案,提出了以三自由度并联机构作为主要硬件平台的滑雪模拟器系统。该结构刚度好、易于控制且有良好的灵活性,可以实现模拟滑雪动作的功能。2.对三自由度运动平台结构进行了分析,采用空间姿态角表示方法建立了运动平台的数学模型进而推导出其运动学反解公式。通过改变三个支撑杆的长度实现了平台的的运动,仿真结果显示所设计的平台可以实现滑雪运动中的俯仰、滚动以及垂直升降的姿态。3.研究了电动缸伺服驱动系统的控制特性,对所选型号电机和传动装置建立了相对简单的数学模型,采用PID算法对其进行控制并结合三自由度平台进行仿真。仿真结果显示伺服驱动系统有良好的控制性能。4.采用模块化的思想,对滑雪模拟器平台控制系统的软件架构进行设计,包括与VR上位机的通讯接口设计,将控制系统分为电机设定模块、电机控制模块、传感器数据模块、电机状态模块、电机状态模块、运动轴实时位置模块、通讯数据模块以及数据记录模块。测试结果显示整个控制系统功能完善,具有友好的通信接口和人机交互功能。此外,为了验证滑雪模拟器系统的正确性,对重力传感器、伺服驱动系统等设备进行了标定实验,实验结果表明设备在精度以及响应速度方面均满足要求;还结合虚拟视景系统进行了系统的联调测试,测试结果显示滑雪模拟器系统滑雪体验性能良好,符合设计要求,并已成功在国家科技馆安装投入使用。
[Abstract]:With the rapid development of virtual reality (VRV) technology, the virtual reality technology has been introduced into the development of ski simulator system. Not only can we train skiers, shorten the training cycle, but also popularize and popularize winter sports to the public in a new way. At present, most of the domestic skiing simulators only stay on the simple mechanical movement. The operation of the system is complicated and the service life is short. Virtual reality technology provides a new solution for the ski simulation platform. This paper aims at the motion characteristics of ski simulator and the needs of practical application. This paper analyzes and develops the ski simulator system based on virtual reality technology. The research results have practical application value. The main research contents are as follows: 1. The design principle and technical index of ski simulator are studied, and the overall design scheme of ski simulator is determined with virtual reality technology. A skiing simulator system with three degrees of freedom parallel mechanism as the main hardware platform is proposed, which has good stiffness, easy control and good flexibility. It can realize the function of simulating ski movement. 2. The structure of three-degree-of-freedom motion platform is analyzed. The mathematical model of the motion platform is established by using the spatial attitude angle representation method and the inverse kinematics solution formula is derived. The motion of the platform is realized by changing the length of the three supporting rods. Simulation results show that the designed platform can achieve the pitching, rolling and vertical lifting attitude. 3. The control characteristics of electric cylinder servo drive system are studied. A relatively simple mathematical model is established for the selected type of motor and transmission device. The PID algorithm is used to control the system and the simulation results show that the servo drive system has good control performance. 4. The idea of modularization is adopted. The software architecture of the platform control system of ski simulator is designed, including the design of communication interface with VR PC. The control system is divided into motor setting module, motor control module and sensor data module. Motor state module, motor state module, moving shaft real-time position module, communication data module and data recording module. The test results show that the whole control system function is perfect. In addition, in order to verify the correctness of the ski simulator system, calibration experiments on gravity sensor, servo drive system and other equipment are carried out. The experimental results show that the accuracy and response speed of the equipment meet the requirements. The test results show that the ski simulator system has good performance and meets the design requirements, and has been successfully installed in the National Science and Technology Museum.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.9;G863.1
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 洪涛;现实性的含义及其与虚拟现实的划界问题[J];武汉交通科技大学学报(社会科学版);2000年04期
2 郑晓曦;论虚拟现实之意义[J];武汉交通科技大学学报(社会科学版);2000年04期
3 彭列汉;虚拟现实:认识的第三种形式[J];理论月刊;2003年02期
4 陈季宁;虚拟现实与人类社会实践[J];广西社会科学;2004年03期
5 张枝军;教学实践中虚拟现实的实现途径[J];无锡商业职业技术学院学报;2005年01期
6 袁慧慧;;论虚拟现实的实践价值[J];濮阳职业技术学院学报;2009年03期
7 曾起堂;;关于虚拟现实“沉浸”问题的探讨[J];福建广播电视大学学报;2009年05期
8 徐世甫;;虚拟现实:从“此在”走向“共在”[J];南京社会科学;2010年12期
9 徐芹;;虚拟现实世界中的教育模式探索[J];楚雄师范学院学报;2012年05期
10 梁晓辉;沈旭昆;;虚拟现实课程体系建设的思考[J];教育教学论坛;2013年13期
相关会议论文 前10条
1 郑丽萍;李光耀;沙静;;虚拟现实的创新性应用[A];第十一届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2006年
2 陈皓;郑利平;刘晓平;;模板在虚拟现实平台中的应用[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2006年
3 王少俊;;虚拟现实在禁毒宣传中的应用[A];全国首届数字(虚拟)科技馆技术与应用学术研讨会论文集[C];2007年
4 张暖;赵艳珍;乔相飞;;虚拟现实在房地产领域的应用[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
5 唐方勤;任爱珠;徐峰;许镇;;火场人员疏散的虚拟现实模拟研究[A];工程三维模型与虚拟现实表现——第二届工程建设计算机应用创新论坛论文集[C];2009年
6 程鹏;朱晓兰;;体育项目的虚拟现实软件编写[A];第十四届全国运动生物力学学术交流大会论文集[C];2010年
7 马登武;孙隆和;;虚拟现实技术研究综述.[A];中国体视学学会图像分析专业、中国体视学学会仿真与虚拟现实专业、中国航空学会信号与信息处理专业第一届联合学术会议论文集[C];2000年
8 刘箴;;虚拟现实的本体论[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议(CIG’2001)和第一届全国虚拟现实技术研讨会(CVR’2001)论文集[C];2001年
9 袁桂平;;虚拟现实及其军事应用[A];地理空间信息技术与应用——中国科协2002年学术年会测绘论文集[C];2002年
10 霍妍妍;李爱军;刘瑜;;虚拟现实技术发展综述[A];中国图学新进展2007——第一届中国图学大会暨第十届华东六省一市工程图学学术年会论文集[C];2007年
相关重要报纸文章 前10条
1 王克迪;虚拟现实的哲学解释[N];学习时报;2004年
2 朱丽;国内首家虚拟现实行业联盟成立[N];中国高新技术产业导报;2008年
3 陈杰;中视典定义虚拟现实生态圈[N];科技日报;2012年
4 金小鹿;虚拟现实终成现实[N];中国计算机报;2014年
5 记者 吕卫国;线上线下互动 虚拟现实对接[N];鞍山日报;2014年
6 美国斯坦福大学虚拟互动实验室创始人 杰瑞米·拜伦森;壶拟现实的黎明[N];中国信息化周报;2014年
7 本报记者 刘园园;虚拟现实将如何改变我们的生活?[N];科技日报;2014年
8 本报记者 姜洪军;虚拟现实影片《骇客》的哲学震撼[N];中国信息化周报;2014年
9 北京商报记者 吴辰光 曲忠芳;科技大佬抢滩虚拟现实设备市场[N];北京商报;2014年
10 思 琦;虚拟现实治疗让你远离恐惧症[N];大众科技报;2003年
相关博士学位论文 前6条
1 王继弘;大型风电场设备监控与运营管理研究[D];武汉大学;2012年
2 郭东煜;虚拟现实镜对人眼视觉功能的影响[D];浙江大学;2017年
3 周德闯;基于虚拟现实平台的火灾场景计算与仿真研究[D];中国科学技术大学;2009年
4 柴功博;半虚拟现实座舱手部定位技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
5 汤勇;增强半虚拟现实飞机座舱关键技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
6 黄海明;基于空间多点信息采集的虚拟现实人景合成关键技术研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
相关硕士学位论文 前10条
1 王志伟;基于虚拟现实的滑雪模拟器系统设计与研制[D];北京交通大学;2017年
2 凤蝶;虚拟现实的哲学探讨[D];安徽师范大学;2006年
3 李刚;虚拟现实的艺术理论研究[D];武汉理工大学;2008年
4 马超;虚拟现实数控加工仿真系统研究与开发[D];陕西科技大学;2015年
5 朱丹;基于虚拟现实的MOOC教学交互模式的研究与系统实现[D];西南交通大学;2015年
6 胡杰;车辆特殊运行环境虚拟现实实现研究[D];长安大学;2015年
7 王洪普;船舶造水机系统仿真软件的设计与研究[D];大连海事大学;2015年
8 杨广玉;板框过滤虚拟现实实验系统开发设计[D];南京师范大学;2015年
9 王小龙;虚拟现实支撑的钣金设计系统研究[D];西安工业大学;2015年
10 管阳;三维虚拟校园网络漫游系统的实现[D];西安工业大学;2015年
,本文编号:1378990
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/1378990.html