可视化动画仿真（精选8篇）
可视化动画仿真 篇1
1 引言
随着机器人技术教育的蓬勃发展，各地的重点中小学均已开展了机器人兴趣小组活动，有条件的地方甚至已经开始在学生中全面开展机器人教育[1]。与此同时，教育机器人基础开发平台的研究也得到了迅速发展。然而，由于市场上已经出现的各种各样的教育机器人基础开发平台都需要中小学生具有一定的编程基础，而且其界面的操作比较抽象、不易理解，并不完全适合于中小学生使用，给机器人技术的普及教育带来了很多的限制[2]。
针对以上现状，本文利用Visual Basic 6.0软件开发研制了一种开放的、特别适用于中小学生的新型教育机器人辅助开发平台———可视化编程软件。它拥有完全的图形化编程方法[3]，只要将编程思路用结构化的流程图搭建起来，软件平台会自动将流程图转化为程序代码，使得用户在设计程序时真正做到不需要了解任何编程语言规范，不用编写一句程序代码，即可实现编程，避免了中小学生要使用开发平台就必须学习高级编程语言的尴尬。程序的下载也很简单，只要在设计完成后点击编译下载的图标就可以完成下载，使软件更易操作。另外，它还拥有动画演示窗口，通过对所编程序的动画仿真，使其编程学习更生动。
2 教育机器人可视化编程软件的界面及应用
教育机器人可视化编程软件的主界面如图1所示，主要由菜单栏、工具条、模块库、流程图编辑区和代码编译区五大部分组成[4]。
本软件主要具有流程图设计、修改和存储、代码编译、动画演示及下载等功能，这些功能都能通过主界面的各种控制来实现。
下面以机器人“先以0.3m/s的速度匀速直线前进5s，再顺时针走弧度为π/2的圆曲线(其半径为1.5m)”为例，简单说明该软件的应用方法和步骤：
2.1 新建应用程序
打开可视化编程软件，选择“文件”菜单中的“新建”项，就会新建一个应用程序。
2.2 流程图的编写
根据机器人要完成的功能，通过添加模块、移动模块、删除模块和连线等操作，编辑好机器人流程图框架“开始—前进—顺1/4圆—结束”(如图1流程图编辑区所示)，然后对各模块进行属性设置。
(1)前进模块的属性设置：双击“前进”模块，会弹出属性设置对话框，设置运行时间为5s、速度为0.3m/s。
(2)曲线模块的属性设置：用鼠标右键单击“顺1/4圆”模块，会弹出曲线模块属性设置对话框，设置曲线半径为1.5m、弧度为π/2、速度为0.3m/s。
2.3 转化为汇编语言程序代码
选择“工具”菜单中的“汇编”项，即可自动生成与流程图相对应的汇编语言程序代码(如图1代码编译区所示)。
2.4 动画演示
选择“工具”菜单中的“演示”项，会打开动画演示窗口，其中的车型体机器人会按照流程图的设置进行动画仿真，并描绘出运动轨迹，如图2所示是仿真完毕之后的画面。先睹为快后，如果不满意原来的设计，无需硬件调试即可进行修改。
2.5 编译
选择“工具”菜单中的“编译”项，即可进行程序代码编译。
2.6 保存
编译成功后，选择“文件”菜单中的“保存”项，在弹出的对话框中设置应用程序名，点击“确定”即可。
2.7 程序下载、调试
首先，正确连接计算机与机器人之间的串口线，打开机器人的电源开关。其次，选择“工具”菜单中的“下载”项，点击“发送”就可以将程序代码传入机器人的控制器中。最后，关闭机器人电源开关，断开计算机与机器人之间的串口线，再打开机器人电源开关，调试程序。
3 可视化编程软件动画仿真的实现方法
动画仿真主要包括机器人直线移动的动画仿真和机器人曲线移动的动画仿真。
3.1 机器人直线移动动画仿真的实现方法
机器人直线移动的动画仿真设计中主要利用了图片框PictureBox控件的“显示图像”功能，因此，在动画演示的开发窗体中添加一个图片框控件，相关的属性设置如下：
控件属性Name AutoSize BorderStyle Visible Picture,
属性值Pic1True 0-None True车型体机器人图像。
基于图片框Pic1的AutoSize属性为True的初始设置，可判断Pic1的大小与车型体机器人源图像的实际大小一致，则实现机器人直线移动的动画仿真即可转化为图片框Pic1的直线移动。程序代码如下：
3.2 机器人曲线移动动画仿真的实现方法
机器人曲线移动动画仿真的实现主要涉及两个关键问题：一是机器人每一瞬时位置的确定;一是机器人每一瞬时图像旋转的实现。
由于在VB6.0中没有一种控件能够直接实现图像的旋转，所以本文采取了画点的方法。设计中主要用到了图片框PictureBox控件的“绘图”功能。在绘图时，它的坐标系是以其自身控件的(Left,Top)为坐标原点的，而与窗体无关。另外，设计中主要利用Pset方法(将一个像素点设置为指定颜色)和Point方法(读取指定点颜色)来实现图像任意角度的旋转。下面以机器人“顺时针走π/2圆弧曲线”的动画仿真为例具体介绍其实现方法。
3.2.1 对象属性的初始设置
在机器人直线移动动画仿真开发窗体的基础上，再添加一个图片框控件，相关的属性设置如下：
控件属性Name AutoSize BackColor BorderStyle Visible属性值Pic2 False与窗体背景颜色相同0-None True另外，其Height属性和Width属性都要设置为比Pic1图像框对角线尺寸大的数值，以保证在Pic2图像框中可以描绘旋转任意角度后的图像。
3.2.2 程序设计
为了实现机器人“顺时针走π/2圆弧曲线”的动画仿真，首先使机器人的中心点沿着曲线的轨迹移动，同时保证每一瞬时机器人的移动方向和曲线半径方向垂直，即当机器人中心点沿着曲线走过α弧度时，机器人图像也应绕其自身中心点旋转α弧度(如图3所示)。
(1)机器人每一瞬时位置的确定：如图3所示，设曲线半径为r，起点坐标为(x0,y0)，机器人移动了α弧度时曲线上点的坐标为(xi,yi)，则：
确定图片框Pic2此时的位置，使其中心点坐标为(xi,yi)，即：
(2)机器人每一瞬时图像旋转的实现：假设两图片框的中心点位置重合，其中Pic1为源图片框，用于存放源图像;Pic2为目标图片框，用于存放旋转后的图像。则实现图像旋转的原理图如图4所示。设置图片框Pic1和Pic2坐标系的度量单位都为最小单位———像素。即：
图4中，xoy是以两图片框的中心点O为原点的坐标系，x′o1y′是图片框Pic1的独立坐标系，x″o2y″是图片框Pic2的独立坐标系。点N是图片框Pic1中任意一点，绕其中心点O顺时针旋转α弧度，得到图片框Pic2中的点M，设ON=ρ，则OM=ON=ρ。设(xM,yM)、(xM2,yM2)是点M分别在xoy坐标系和x″o2y″坐标系下的坐标，(xN,yN)、(xN1,yN1)是点N分别在xoy坐标系和x′o1y′坐标系下的坐标。
根据设计原理“将源图片框中图像上全部像素点旋转α弧度后画入目标图片框相应的位置即可实现图像的旋转”，设计机器人每一瞬时图像旋转动画仿真的程序流程图(如图5所示)，编写程序代码如下：
4 总结
该教育机器人可视化编程软件中曲线移动动画仿真的实现关键在于：图片框中心点的曲线移动原理和图像旋转的实现。图片框中心点曲线移动的实现关键在于确定每一瞬时曲线上所对应点的坐标;而图像旋转的实现，首先在构建时应预先设置好图像点的坐标变量和旋转角度，再通过坐标系的转换以及极坐标系的应用确定各关键点的坐标值，然后用绘图方法对图像逐点处理，将源图像各像素点逐一复制到旋转后图像相对应的位置。
摘要：本文利用Visual Basic 6.0软件开发研制了一种面向中小学生的新型教育机器人辅助开发平台软件,简单介绍了它的用户界面及应用。采用了基于图片框PictureBox控件“显示图像”和“绘图”的设计策略、Pset方法(将一个像素点设置为指定颜色)和Point方法(读取指定点颜色),实现了图像的移动和旋转,完成了动画仿真的设计。
关键词：教育机器人,可视化编程软件,动画仿真,图像旋转
参考文献
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可视化动画仿真 篇2
航天发射可视化仿真接口模块设计
可视化仿真在航天发射弹道设计和分析中起着重要作用.卫星工具包软件STK,是航天领域通用的仿真软件,可以用来实现航天发射数据的可视化.航天任务的方案选择阶段,需要计算多条弹道,在STK界面内进行一系列设置来实现每条弹道的`可视化,是非常繁琐的.因此,有必要将可视化的工作模块化.针对航天发射任务的弹道仿真,利用VC++和STK/CONNECT模块,开发了可视化接口模块,该模块能够与弹道数据模块和资源库模块进行交互,获取相关数据,对数据进行转换和处理后,连接STK建立可视化场景.系统设计人员只需在接口模块界面内进行简单操作,便可实现可视化.
作 者：李忠磊 王威 LI Zhong-lei WANG Wei 作者单位：国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073刊 名：计算机仿真 ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER SIMULATION年，卷(期)：24(1)分类号：V4 TP3关键词：可视化仿真 卫星工具包软件 连接模块 接口模块
可视化动画仿真 篇3
船舶建造是一项复杂的工程项目, 由于生产计划的不确定性, 使得计划和实际生产相脱节, 管理部门和生产部门很难确切了解全厂的生产进展实际情况以及劳动力负荷状况, 而DELMIA软件可为船厂制定合理的建造计划提供有效的仿真平台, 利用DELMIA的离散事件制造仿真功能, 可以将船厂繁杂的生产事物, 通过仿真, 制定成有序的生产计划。
DELMIA (Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application, 数字企业精益制造交互式应用) 是法国达索公司的产品, 该软件是数字化企业的互动制造应用仿真软件, 它可以向随需应变 (on-demand) 、准时生产 (just-in-time) 的制造流程提供完整的数字解决方案, 使产品生产商能够在短时间内制定出合理的生产工艺流程, 降低生产成本、促进企业创新, 缩短产品的建造时间。DELMIA分为三个部分, 分别为:DELMIA E5 (DPE) , DELMIA V5 (DPM) , DELMIA D5 (QUEST) 。这三个相对独立的部分可以通过PPR Hub连接在一起进行数据的交换和处理。其中, DELMIA/QUEST是进行数字化工厂及离散事件仿真的主体软件, 它可进行工厂生产系统集成、工艺流程设计以及可视化的制造流程仿真方案的模拟, 从而, 实现在全三维数字工厂环境下对生产工艺流程的准确性与生产快速性的仿真验证。
2 DELMIA应用于造船过程的可行性分析
在现代造船模式下, 船舶建造中每一个区域都是整体的一部分, 某个区域在时间节点上的置后都可能导致整个生产计划的延迟。所以, 没有一个合理的计划, 就无法对时间节点进行严格控制的。只有通过对计划的研究, 才可以保证生产的连续性, 优化船厂的资源配置, 扩大企业生产总量, 降低生产成本和管理成本。
现代造船的生产依靠先进的三维生产设计工具软件, 对船舶制造所需要的零部件进行设计, 对船舶生产的材料加工装配顺序进行规划, 得出确切的材料用量及加工制造顺序。完成生产设计的主要内容。在三维生产设计在我国基本普及后, 为了进一步整合我国现有的船舶制造资源, 提升骨干船舶制造企业的船舶制造能力, 对船舶建造生产计划的研究已被提到了船舶制造企业科研攻关的重要位置, 目前, 国内骨干的船舶制造企业均提出了数字造船和数字船厂 (Digital Shipbuilding Digital Shipyard) 为建设目标的科研研究项目。
DELMIA对船厂制造过程的仿真是通过将船舶生产设计所完成的船舶的零部件, 通过接口文件转入到DELMIA系统中, 与DELMIA系统中建好的船厂的三维模型及建造设备资源模型相结合, 构成完整的船厂仿真动态数字化沙盘, 通过DELMIA内部的脚本设置过程和制造工时、工量的数据库, 实现对整个造船的计划进行合理安排。从而对建造时间, 场地, 工时进行合理规划, 如图1所示。
对于一般的制造企业来说, DELMIA用来规划产品流程已经实现, 如汽车、空调等企业已经成功完成生产计划及过程仿真。这些企业有个共同点, 就是流水线作业。原材料在流水线的始端进入, 经过特定的工序、工时, 从流水线末端产出产品。而船舶建造过程与大规模的定制加工的流水线作业不同。首先, 船舶的制造是一种小批量多品种的建造任务方式, 其次船舶的建造过程又分为内场的零件制造与外场组装、船台 (坞) 的总装和码头的系泊装配与调试等四个阶段, 造船所需材料, 对材料进行加工及子分段程在内场完成, 而外场完成的是加工好的子分段结构的分段总装和管阀件的分段预装, 内场要求对材料和加工工时提出具体计划, 而外场则关心的是分段装配场地、船台 (坞) 、码头等场地的需求及对大型起重设备的需求计划。
3 船舶建造时间场地的估算
一个完整的生产计划的制定, 需要有整个生产各个节点相对正确的工量和时间的信息, 以一个船体小分段的制造过程为例, 如图1所示, 其装配过程需要经过板材的预处理、号料及套料、构建加工、部件装焊、分段装焊等一系列的制造过程[1,2], 如图2所示。
因此, 对于多任务下的离散化船厂的船舶建造过程的计划制定, 必须要掌握船厂对船舶建造的工量、设备 (加工设备和起重设备) 加工能力及场地资源等基本信息, 然后, 利用DELMIA的数字化动态仿真功能, 获得特定产品的加工工时与船厂在多任务的产品生产中的场地资源的运转计划。以船体结构的单道焊缝标准工作程序与船厂吊装工种标准作业时间的确定为例。
注:其中的d, 一条焊缝上多道焊之间的, 取焊缝长度l;焊缝间的, 在小组立 (装配) 阶段取8m, 中、大组立 (装配) 阶段取20m。
自动埋弧焊工种标准作业时间主要是通过计算其工步 (工作单元) 时间后汇总得出的。在造船生产中, 人在工作中的活动范围很大, 动作往往是全身性的, 而且有些工作的完成与工人的技术掌握程度或一些偶然情况关系很大, 因此, 仅用模特法是无法得出造成生产中的工作时间的。通过实测结果统计的方法, 对模特法中未定义的动作时间进行规定, 并通过统计得出那些无法确定具体工作内容或动作次数的工作的完成时间, 从而得出构成焊接工作的所有工作单元的完成时间。如表1所示。
根据表1埋弧焊工步时间标准, 可以相应计算出单道焊作业的标准时间。
焊前耗时T焊前为工作单元3、4、5、6时间值之和:
设此焊缝长度为l (m) , 规定的焊接速度为v (cm/s) , 则焊中的耗时T焊中为:
焊后耗时T焊后为工作单元8的时间, 即:
所以, 单道焊缝的作业时间T为:
吊装工种标准作业时间的确定, 以上海某船厂17.5万吨散货船144分段的SS1A中组立生产为对象, 利用上述研究方案对起重作业工种标准作业时间进行了测定和分析。简要的测定、分析步骤及结果如下。
确定起重作业工种的工时计算基元 (工步) , 主要通过对船厂起重作业的描述:起始 (夹起) →起吊→吊运→放置→目的地 (去夹) →回程 (起始地) 来进行。对每个工步进行分解, 提取作业动作按作业时间分为常值型和函数型两类, 如表2所示。
常值型作业动作 (一般为辅助作业) 的正常作业时间测定。主要通过现场实际抽样法或模特法测定。利用现场实际抽样法测定时一般可根据完成动作的时间及动作的使用频率, 查《现代管理工程手册》[3]确定时间研究所需要的周期数, 然后现场抽样统计分析后得出常值时间。以使用撬杠 (TU-CR) 辅助动作为例的现场实际抽样结果如图4所示。
函数型作业动作 (一般为基本作业) 的正常作业时间测定。通过“4分步法”来确定, 以起重作业中的最基本作业动作吊运为例。 (1) 收集整理原始数据, 分析影响吊运工作时间T的可能因素。经过分析, 起重机运行速度V, 起重机运行距离X, 小车运行距离Y, 以及物料重量确定为可能影响因素。相应收集的原始数据如表3所示; (2) 通过相关性分析、主成分分析 (PCA) 方法来确定影响吊运工作时间的主要因素。通过相关性分析, X, Y与T高度相关 (相关性系数R>0.75) 但W与T不显著相关 (R=-0.08) , 故确定起重机运行距离X, 小车运行距离Y为吊运工作时间T的主要因素; (3) 确定数学模型 (函数类型) 的基本形式及求解。由于使用多元线性回归得到的二元线性方程可以对吊运工作时间T有很好的拟合 (拟合度为0.988) , 考虑简单适用的原则, 这里采用线性的数学模型 (T=0.97X+2.2Y+15.5) 。当然, 有些作业可能需要用到非线性, 甚至神经网络的模型形式才能得到较好的拟合效果;⑷校验、修正正常工作时间数学模型:公式计算值与按标准方法进行的实测值对比检验、修正模型。结果如表4所示。
工步工时汇总 (基本+辅助作业时间) 需考虑宽放时间 (一般可取宽放系数为20%) , 得到起重作业标准作业时间。
考虑工艺改进、作业条件和环境以及工人熟练程度与标准工作要求的差异性, 利用不同的调整系数或函数来确定科学合理的工时定额。这里以工人熟练程度提高为例, 说明如何进行考虑差异情况下的工时定额。研究表明, 在企业实际生产中, 随着工人操作熟练程度的提高, 工作效率也会相应提高, 其工时也随着下降。所需工时与工人总操作或生产的产品量服从学习曲线 (经验曲线) , 如图5所示, 其数学表达式为Y=a×Xb。可以通过收集工人样本 (>10人) 历史数据 (工人总操作或生产的产品量可由其在某一特定岗位的工龄近似得出) , 运用线性回归[LnY=Ln (a) +bLnX]最佳拟合出系数a和b。一旦学习曲线确定后, 就可以利用它来计算各个产量 (工龄) 下的工时定额。
船体分段制造是典型的多品种、变批量生产, 具有高度的复杂性和综合性。虽然对于同一艘船而言船体分段相似性很小, 但同时制造多艘船舶尤其是同时制造多艘同型船舶时, 船体分段的相似性就体现出来了, 如机舱双层底分段, 其建造工艺是固定的, 作业内容随船型变化很小。而且不同船体分段不管组件如何复杂, 其加工工艺都可以分解为焊接、装配等主要作业和划线、打磨等辅助作业, 且作业的工艺要求也具有相似性。因此考虑结合固定堆场生产与流水线作业模式的优点, 利用相似性原理和成组技术, 在固定的堆场胎架上采用专业化班组流水作业, 实现流水定位专业化生产。对船体分段堆场调度的研究主要集中在船舶建造应用方面的场地效用函数, 由场地利用率组成:场地利用率U (i, t) 表示场地i在第t天的利用率
式中, Land[i].Block[j].Area为i场地中第t天第j个分段的场中面积, Land[i].L和Land[i].B分别为第i场地的长度和宽度。
U (i) 为第i场地到限定天T内的利用率
U (T) 为所有场地总的利用率
其中m为场地总数。
国内分段制造场地排列比较乱, 因而降低了场地利用率, 也不易管理。国外普遍采用图6中的两种排列方式。由于国内给出分段投影面积形状仅为矩形, 而不是接近于实际形状的梯形, 这也影响场地利用率提高。也有投影面积采用矩形, 为方便起见, 分段堆场排列形式采用图7方式, 中间空地可堆放部件和零件。分段一旦选定了制造位置, 就不再移动, 直到计划标准时间。如果在计划时间内由于意外因素拖延了制造时间, 则必须移动机动场地继续完成, 以保证计划能够顺利实施。
通过对船舶建造的工量、设备 (加工设备和起重设备) 加工能力及场地资源等基本信息定量分析, 获得了船舶建造计划设计的基本工量、工时和场地的调度信息, 这些基本信息将存入DELMIA的后台数据库, 为建造计划的制定提供依据, 由于模特法的工作的不完备性, 以及我国船舶建造企业制造人员的流动性对于建造计划设计的影响, 系统在企业滚动计划的编制上, 将采用累积负荷法跟踪多品种船舶建造过程, 不断地修正原始数据, 通过建立设计和建造的标准时间来确立设计和建造计划。即将一定时间段设计部门或建造部门的所有设计人员或建造人员的劳动力负荷 (以工时量为单位) 相加后求平均值, 所求得的值称为算术平均负荷 (TLm) 。
其计算按下式进行
其中, 劳动力的算术平均负荷
TLi=一定时期内设计或建造人员i的计划劳动力负荷
n=该设计或建造部门的设计或建造人员个数
作为设计或建造计划的制定和管理者, 关注的往往不是计划或建造负荷而是设计或建造人员的实际负荷, 因此就需要计算设计或建造部门劳动力的加权平均负荷 (TLmw) 。
其计算按下式进行
其中,
TLmw=劳动力的加权平均负荷;
TLi=一定时期内设计或建造人员i的计划劳动力负荷;
TOi=设计或建造人员i的劳动力负荷权值。
注:设计或建造人员的劳动力负荷权值TOi由设计部门根据以往的设计或建造负荷统计得到, TOi<1则表示该设计或建造人员的设计或建造效率高于设计或建造部门的平均水平;TOi>1则低于设计或建造部门的平均水平;TOi=1则表示该设计或建造人员的设计或建造效率与该工作中心的平均水平相等, TOi随着设计或建造人员的熟练程度和设计或建造部门的平均熟练程度的改变而改变。
当所有设计或建造任务都编制了进度计划以后, 以工作部门为单位编制负荷图。
(1) 计算工作部门负荷。首先对每个工作部门, 按一定的周期将各设计或建造任务所需的负荷定额工时累加, 获得各工作部门各周期的计划负荷需求。
除按计划产生的计划负荷工时外, 还应考虑计划外实际已下达设计或建造任务产生的工作部门负荷。二者之和为工作部门总负荷。
(2) 计算工作部门可用能力。每周期工作部门可用能力可用下式计算 (假设设计或建造人员的劳动力负荷权值均为1) :
可用能力=每周期内可用天数×每天可用工时 (假设以一天8h工作制, 即×8) ×工作部门人数。
场地的安排与建造计划直接相关, 船厂由于场地的限制, 不可能一下子就将所有的分段同时开始建造, 只能根据场地的实际情况, 进行有计划的安排。
4 用DELMIA建立造船计划及可视化仿真方案
应用DPE建立和优化船舶建造计划的总体框架如图9所示, 首先要将船舶建造相关的数据包括船舶产品的数据, 初始建造计划的数据, 船厂资源的数据输入到DPE数据库中, 通过PPR Hub在各种数据中建立相应的连接, 然后将数据输入到QUEST中进行仿真处理, 在对模拟的结果进行分析, 可以发现是否存在瓶颈的问题。如果存在瓶颈或者干涉的问题, DPE提供了相应的解决方案, 通过对资源的优化, 达到最佳的效果, 然后将计划输出。
船舶建造过程的内场计划和外场计划通常可以通过这一过程完成。船厂内场车间建模不但需要在虚拟环境中建立有形实体的三维几何形状, 而且需要定义包含各种资源对象的层次结构关系和交互行为例[2]。设计工艺时, 往往需要定义与机床、工艺参数、工人等等对象的关系, 在没有发生动态行为前, 这种关系是静态的。在上述对象中, 对于机床对象而言, 它又具有装载、加工和卸载工件等对象行为 (操作方法) , 并通过消息传递机制与其它对象发生交互行。外场分段装配仿真同样需要物理设备类、工艺类、逻辑控制类、仿真支持类。物理设备类对应现实生产线中有形的实体, 如加工设备、物流设备。建造场地要根据实际的场地大小建立相应的模型, 可以在QUEST中建立, 也可以通过外部的建模软件将模型导入。图10和图11分别为起重设备和船厂建造场地建模。
在DPE中将生产计划和分段产品建立联系, 初步的生产计划由DPE传递给QUEST, 在QUEST虚拟平台上模拟生产计划的执行情况。
根据制造资源运作的情况可以生成动态饼图和柱状图, 从图中可以分析每个阶段分段建造的情况, 场地的利用情况。从图12中可以看到在一次仿真以后某些分段的完成比例比较高, 而相对应在同一场地的其他分段完成的比例相对要低。点击场地利用的按钮我们可以得到场地利用的情况, 对于较低的场地利用率, 可以将分段从其他过高的场地利用率的场地挪到该场地, 达到资源优化的目的。如图13所示。
在模拟过程中, 如果出现制造资源不足或调配不合理会导致瓶颈的出现。DELMIA提供两种解决途径:一是推迟工期, 等条件具备的时候再继续执行计划, 二是增加制造资源及调整资源布局, 根据输出的统计结果分析, 在虚拟环境中调整资源分配或增减资源。从而得出最新计划。
5 总结
本文以DELMIA软件作为平台, 通过对船舶建造的工量、设备 (加工设备和起重设备) 加工能力及场地资源等基本信息定量分析, 获得了船舶建造计划设计的基本工量、工时和场地的调度信息, 再通过累积负荷法, 跟踪多品种船舶建造过程, 不断地修正原始数据, 通过建立设计和建造的标准时间来确立设计和建造计划。并对船舶的建造过程计划进行模拟仿真, 提出了对于内场与外场制造过程运用不同的建立造船计划的方法及对于计划不合理地方的修改策略。
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光电经纬仪实时可视化仿真系统 篇4
通过系统仿真的方法对光电经纬仪的工作过程进行模拟,可对实际系统的使用、测试、分析与设计产生积极的意义。目前,对经纬仪的仿真包括视景仿真与模型数值仿真。前者多为半实物仿真:首先通过相关三维视景软件开发场景仿真系统,渲染出包含目标、背景的运动场景;然后通过相关接口将实际系统的方位和俯仰角度信息传递给场景仿真系统,用于控制场景中的视点姿态,使得目标位于场景中心从而模拟跟踪过程。这类仿真多用于操作手训练[1]和经纬仪测试[2],通过虚拟场景代替外场实验极大地节约了训练和测试的成本,且十分灵活,但其不足之处在于:仿真中还是要接入实际系统,代价还是比较高昂;二是缺少对系统跟踪控制特性的模拟,达不到系统仿真的目的,无法进一步对系统的分析和设计起到作用。模型数值仿真一般是通过matlab/simulink建立经纬仪跟踪控制系统的数学模型进行仿真,是对跟踪控制系统进行分析和设计的主要手段,不足之处在于缺少视觉效果,不具有直观性。
本文研究的经纬仪实时可视化仿真系统是上述视景仿真和模型数值仿真的一种结合:通过实时三维视景仿真软件Multi Gen-Vega及Open GL开发了场景仿真平台,实时渲染出运动场景;通过用Open GL着色语言(GLSL)编写的着色器为场景实时添加仿真所需图像效果;建立了经纬仪跟踪控制系统simulink模型,并通过Real-Time Workshop(RTW)生成模型代码,对代码进行改写最终生成跟踪状态解算模块;手动跟踪时,操作手拉动单杆驱动场景中视点姿态进行目标跟踪;自动跟踪时,仿真系统获取目标脱靶量信息,并传递给跟踪状态解算模块得到跟踪状态,模拟经纬仪跟踪过程。
1 仿真系统总体结构
对于经纬仪实时可视化仿真系统,虚拟目标运动场景的实时渲染、场景中所需图像效果的实时添加、符合经纬仪跟踪控制系统特性的跟踪过程模拟是三个最主要的部分。在对以上三部分的关键技术的研究的基础上,结合实际经纬仪工作过程,设计的仿真系统的功能总体结构如图1所示,包括了虚拟场景仿真、图像效果添加和跟踪状态解算三个主要模块,以及用户操作界面、系统参数调整、操控台数据读取、跟踪数据显示保存等模块。场景仿真主要是通过Vega和Open GL实时渲染目标运动场景;图像效果添加模块主要是利用着色器为渲染出来的场景实时添加需要的效果,如灰度化场景、模糊、噪声等;跟踪状态解算模块通过传入的脱靶量信息进行解算得到经纬仪的跟踪状态;用户操作界面模块是对实际系统操作界面的模拟,是人机交互的接口;系统参数调整模块让用户可以调整系统各个参数以模拟不同条件下的工作情形;操控台数据读取模块通过计算机串口读取操控台上按钮和单杆的信号供仿真系统使用,手动跟踪时就是利用单杆信号来进行场景视点驱动;数据显示保存模块用来对跟踪情况进行评估与分析。本文将主要对虚拟场景仿真、图像效果添加和跟踪状态解算等关键技术进行研究。
2 虚拟场景仿真
Vega是Multi Gen-Paradigm公司专门针对可视化仿真应用特点而开发出来的实时可视化三维视景仿真软件系统,最基本的功能是驱动、控制和管理虚拟场景。本文使用Vega及其底层Open GL构建了虚拟场景仿真模块。
2.1 虚拟CCD相机
经纬仪系统通过CCD相机对目标进行拍摄,即Vega渲染的场景必须符合CCD相机的成像特性。实际上,Vega渲染虚拟场景是通过其底层Open GL完成的。Open GL使用多种矩阵变换实现从三维场景到二维图像的变换[3,4],一个三维物体模型上的点经过模型矩阵M的旋转、平移和缩放变换,进入像方空间坐标系中,再经过投影矩阵P的投影变换、透视除法及视口变换F获得屏幕二维坐标,其成像过程如图2所示,其成像公式为
只要将摄影测量的成像参数设置到Open GL中的投影矩阵、视口矩阵和模型矩阵中,Open GL与摄影测量的成像过程就完全一致[4]。具体到本系统中的虚拟CCD相机,可如下设置:首先,将CCD相机的焦距f、分辨率(rx,ry)、像素尺寸(sx,sy)(得到窗口尺寸(lx,ly))和视锥体空间位置设置到Open GL视锥体设置函数gl Frustum(left,bottom,right,top,near,far)中,得到如式(2)所示的透视投影变换矩阵P,其中D,d分别为视锥体远、近剪裁面距视点的距离,(x0,y0)为显示窗口左下角坐标;然后将相机拍摄位置(xe,ye,ze)和姿态(A,E)设置到视口变换函数glu Look At(xeye,yeye,zeye,xc,yc,zc,xup,yup,zup)中,(xeye,yeye,zeye)为相机位置(xe,ye,ze);场景中心参考点(xc,yc,zc)为视点朝向上任意一点;向上矢量(xup,yup,zup)通常取(0,1,0)。由此,渲染出来的虚拟场景将符合CCD的成像特性[2]。
2.2 目标轨迹仿真
通过Vega进行场景渲染时可以方便地载入目标三维模型,并可控制三维世界中模型与视点的位置和姿态。得到目标的运行轨迹是模拟运动场景的基础,本系统通过两种方法来实现。
第一种方法是直接根据实际外场实验数据得到轨迹。经纬仪外场实验数据中包含了时间、目标相对仪器的方位角A、俯仰角E以及距离R(测距系统)等,测量模型如图3所示。通过坐标变换可得对应时间下目标在三维世界中的坐标,变换公式如式(3)。其中x轴为正东方向,y轴为正北方向,经纬仪方位角A在正北方向为0。
经过坐标变换后得到了目标空间位置序列,若此序列中时间间隔不符合场景仿真帧率或间隔过长导致场景中目标“跳动”现象,可以对数据进行插值处理,可选用拉格朗日插值或三次样条插值等。
第二种方法是采用直接描述动力学模型作用结果的目标运动模型来设计目标运行轨迹,可将目标运行分为不同阶段,各阶段使用不同的运动模型,如匀速、匀加速、变加速直线运动模型及其它各种运动模型的组合等。采用这种方法的好处是目标轨迹灵活多变,可以设计出满足特定角速度和角加速度要求的目标轨迹。
2.3 目标脱靶量求取
跟踪状态解算模块需要得到目标在场景中的脱靶量来进行解算。在渲染出的虚拟场景中,目标的空间位置、视点的位置和姿态、视场的分辨率及大小均为已知,故可以求出目标在场景中的理论脱靶量。此理论脱靶量既可以用来检验通过图像跟踪算法提取的脱靶量,也可以直接作为跟踪状态解算模块的输入使用。图4为Vega透视投影成像原理图,只有处于视椎体(Frustum)内的物体才会被渲染出来。
不失一般性,可设视点O在世界直角坐标系OX'Y'Z'中为坐标原点(0,0,0),其姿态(即经纬仪方位和俯仰角)为(A,E),目标O1在世界坐标系中的坐标为(x0,y0,z0)。首先,将目标O1在世界坐标系OX'Y'Z'中的坐标转换为视点坐标系OXYZ中的坐标(x1,y1,z1)。视点坐标系相当于将世界坐标系绕Z'轴旋转角度A和绕X'轴旋转角度E,由坐标变换可推出:
由此可得视点坐标系OXYZ下目标与视点连线OO1方程为
视椎体近剪裁面中心点坐标为(0,Nnear,0),其平面方程为
联立式(5)和式(6)可得视点与目标连线与视椎体近剪裁面交点O2(x2,y2,z2)满足:
结合交点O2与近剪裁面中心点的坐标,可以推出脱靶量(Δx,Δy)满足:
其中:W×H为场景分辨率大小,α×β为场景视场大小。
2.4 背景云图模拟
Vega环境效果模块提供了薄云(box clouds),片状云(Hinged clouds)和天顶盒(sky box)等背景云图模型,在Vega渲染中选择不同的云纹理、渲染方式、天空颜色和模型参数等就可以实现各种不同的云图效果。利用粒子系统来模拟背景云图也是一种有效的方法[5],Vega附加的特殊效果模块中就包含有粒子系统,通过设定粒子的数量、生命周期、形状、大小、纹理、颜色和运动方式等就可以模拟出不同的云朵效果。Perlin噪声也可以用来模拟背景云图[6],它是一种伪随机梯度噪声,适合于模拟连续变化的背景,运用下一节阐述的场景图像效果实时添加的方法,编写GLSL着色器为场景添加Perlin噪声,控制好Perlin噪声的各个参数就能模拟出背景云图的效果。
3 实时图像效果添加
为了让渲染出来的场景更符合实际经纬仪场景,需要为仿真场景添加实际经纬仪场景所包含的一些图像效果。如经纬仪CCD所成像为灰度图像,则仿真场景也必须是灰度的;经纬仪光学系统成像后必然存在一定的噪声,则仿真场景也应添加相应的噪声效果;目标对焦不准时存在模糊现象,则仿真场景也要显示出这种模糊效果等。单纯利用Vega的功能模块无法实现上述的图像效果添加,必须进行二次开发。简单的考虑是先将帧缓存中的场景读入内存,进行相应图像处理操作后再写回帧缓存中。但这样做的问题是无法满足实时性的要求,原因有两点,一是存在图像数据在帧缓存和内存之间的转移,随着图像尺寸的增大,这将是一份不小的开销;二是普通CPU不适合于进行图像处理运算。
相对CPU,现代图形处理单元(Graphics Processing Unit,GPU)针对图像处理优化了浮点数运算且能进行并行处理,具有强大的图形能力,同时还具有可编程性。本文正是基于这两点,通过GLSL编写着色器实现了对场景所需图像效果的实时添加,具体步骤如下:
1)通过GLSL编写实现相应图像效果的着色器[6]。
2)基于Vega的回调机制,通过其API为场景建立“绘制后”回调函数。Vega使用双缓存模式进行场景渲染,场景先在后缓存中绘制好,然后交换到前缓存显示出来。建立此回调函数后,每当前后缓存将要进行交换时,此函数会被调用,此时场景在后缓存中绘制好了但还未显示在屏幕上,可在此时对场景进行图像处理操作。
3)在回调函数中,通过Open GL相关函数将场景保存为二维纹理。
4)启用着色器,并画与场景同样大小的矩形覆盖场景,应用纹理映射将保存的场景纹理应用到此矩形上。由于启用了着色器,Open GL的固定纹理映射功能将被着色器代替。在完成纹理映射的同时,场景纹理也被着色器进行了相应的处理。纹理映射结束后应暂时禁用着色器,否则会影响到下一帧原始场景的绘制。回调函数结束后,前后缓存交换,显示的就是添加了图像效果的场景了。
以上利用GLSL编写的着色器对场景纹理进行处理的过程由GPU完成,实时性得到了保证。
4 跟踪状态解算
跟踪状态解算模块是根据仿真系统送来的目标脱靶量信息进行解算,得到经纬仪相应的跟踪状态。首先为实际经纬仪跟踪控制系统建立其matlab/simulink仿真模型,接下来的工作就是要在仿真系统中实现对simulink模型的调用以进行仿真运算得到跟踪状态。调用simulink模型最简单的方法是使用matlab引擎库的方法,在仿真系统主程序中包含相应的matlab库文件即可方便地调用simulink模型进行解算。但使用这种方法时,matlab在后台运行造成效率低下,且调用方式不灵活,做了许多不需要的运算,无法满足仿真系统实时性的要求。
RTW是matlab/simulink的一个重要的补充功能模块,它是一个基于simulink的代码自动生成环境。它能直接从simulink模型产生优化的、可移植的代码[7]。因此可以用RTW来完成仿真系统主程序与经纬仪跟踪控制系统simulink模型之间的混合编程。
首先,通过RTW生成系统模型的C代码。在进行生成之前,需要根据仿真需求,仔细设置RTW各个选项和配置:选择定步长解算方式、选择合适的解算器类型和步长、选择合适的优化选项等;为了可以在仿真运行时在线调整系统模型的各个参数,将需要调整的参数设为全局变量。生成的代码中包含了众多的C文件和头文件,其中最重要的是model.c和model.h两个文件(model为simulink模型名),它们包含了模型进行仿真运算的主要代码。按仿真需求对这些文件进行改写,使得其可以接收仿真主程序送来的脱靶量输入信号,并能将每一个步长的解算结果返回给仿真程序。为了简化程序结构,可将这些文件生成为动态链接库供仿真主程序调用,由此形成了跟踪状态解算模块。实验表明,此解算模块进行解算得到的结果与直接在matlab下运行simulink模型得到的结果是一致的。同时,在仿真系统中使用此基于优化代码构建的解算模块进行解算,计算量小速度快,满足实时性要求。
5 仿真系统实现
5.1 系统硬件结构
结合图1的系统总体功能结构,本着经济实用、简化结构的原则,建立了如图5所示的系统硬件结构和实际物理平台,由操控台、一台配备两显示器的主控计算机(配备可编程GPU),和其它一些辅助设备组成。一台显示器用于显示用户操作界面,另一台显示虚拟场景。操控台仿制实际系统操控台,其按钮和单杆信号通过串口传递给主控机。
5.2 仿真系统实现
基于VC++、Vega、Open GL及GLSL开发出经纬仪实时可视化仿真系统。图6所示为仿真系统模拟飞机起飞过程的某一帧的虚拟场景,由显示器2显示。虚拟场景分为4个区域,1至4号区域分别为经纬仪探测视场、粗跟踪视场、精跟踪视场和模型显示视场。前3个区域模拟了各视场中目标运动画面,并且都添加了灰度化、噪声和模糊等效果;模型显示视场则显示了系统跟踪目标时机架的转动情形。根据所仿真的经纬仪系统的实际情况,虚拟场景的组成也可进行相应的调整,如只有粗跟踪视场而没有精跟踪视场。
仿真系统运行时,虚拟场景的显示状态根据用户操作界面设置及操控台信号进行调整,如各个视场的大小、添加的CCD噪声效果的大小等。场景中目标运动轨迹按2.2节中的方法进行设定,视点姿态即经纬仪方位和俯仰角的设定则分为手动跟踪模式和自动跟踪模式。
手动跟踪模式下,系统读取操控台单杆信号驱动视点姿态,操作手操纵单杆使目标尽量位于视场中心,此过程可用来进行操作手训练。在我们的仿真系统中,还将单杆信号与经纬仪转速之间的关系拟合为不同的二次、三次或分段线性函数等,从而为操作手模拟出不同的单杆操作特性。
自动跟踪模式即为经纬仪跟踪模式,视场中视点姿态不再由单杆信号决定,而是取决于跟踪状态解算模块。仿真系统通过相关图像处理算法或2.3节中的脱靶量提取方法获取前一帧或几帧场景中目标的脱靶量信息,并传递给仿真解算模块进行解算,得到经纬仪跟踪状态返回给仿真系统,用于当前帧场景中视点姿态的设置。图6就是利用跟踪状态解算模块进行跟踪模拟的一帧图像,符合实际系统对目标进行跟踪的情形,达到了系统可视化仿真的目的。
除了以上进行经纬仪工作过程可视化仿真和操作手训练,本仿真系统还能为实际系统的相关测试和分析设计起到积极的作用。几种典型的扩展应用如下:
跟踪性能和精度测试:经纬仪常常需要测试在特定角速度和角加速度下的跟踪性能及精度,利用本仿真系统中的目标轨迹仿真,可以生成满足任意角速度和角加速度要求的运动轨迹供经纬仪进行跟踪测试,相比常用的旋转靶标测试方法[8],不仅更加方便快捷且不受靶标结构的限制,可以让目标的角速度和角加速度同时满足特定的测试要求。
图像处理算法测试:经纬仪图像处理系统需进行目标提取、目标姿态提取等处理,本仿真系统可渲染生成符合经纬仪跟踪特性的目标运动图像,可以提供给相关图像处理算法进行测试。
控制系统分析设计:本仿真系统中跟踪状态解算模块所用模型是根据实际经纬仪跟踪控制系统建立的,在仿真场景中可以直观观察到不同控制算法和参数条件下的跟踪状态变化情况,可根据此跟踪状态对控制算法及参数进行分析和调整,从而为实际经纬仪跟踪控制系统的分析和设计起到辅助作用。
结束语
本文研究的经纬仪实时可视化仿真系统结合了可视化仿真与模型数值仿真的优点,用Vega、Open GL及GLSL建立了实时虚拟场景仿真和图像效果添加模块,用RTW生成了系统模型代码并建立了实时跟踪状态解算模块,模拟出来的经纬仪工作过程比较符合实际情况。相比于以往的模拟训练方法,本仿真系统只需接入操控台而不需接入实际系统就能进行操作手训练,进一步节约了训练成本且更加灵活。同时,仿真场景中可以直观地观察到各种不同条件的跟踪情况,为实际系统的跟踪性能和分析设计起到辅助作用,这也是今后工作的方向和重点。
参考文献
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可视化动画仿真 篇5
矿井通风可视化仿真系统在矿井通风安全与管理应用中主要是为了实现使用计算机可视化管理实现矿井通风系统的日常管理与控制工作, 已能够快速并且高效的完成矿井通风管理;实现对于矿井通风系统的空间信息以及其他属性信心等的一体化管理和存储功能;实现信息数据的共享;实现矿井通风网络拓扑关系的自动建立和维护。这也是矿井通风可视化仿真管理系统在矿井通风安全管理应用中系统需要实现的目标。
在矿井通风安全管理实际应用中, 构建一个矿井通风可视化仿真管理系统也存在有一些的问题, 对于矿井通风安全管理有一定额影响与局限性, 主要表现在矿井通风可视化仿真系统的可持续开发模式、矿井通风可视化仿真系统的开发研究平台、矿井通风可视化仿真系统的通风网络拓扑关系的建立与维护的自动化、矿井可视化仿真系统通风网络解算和三维仿真以及矿井通风可视化仿真系统的图像自动生成功能。在矿井通风可视化仿真系统中最关键的问题就是关于系统中通风网络解算以及三维仿真功能的实现, 以及系统中图像信息的自动生产与管理, 这些问题是矿井通风可视化仿真系统构建以及应用中最重要的问题, 对于矿井通风可视化仿真系统的构建以及应用都存在着很大的局限。
2 矿井通风可视化仿真系统的改进设计及分析
与矿井通风可视化仿真系统的实际应用构建中存在的问题一样, 对于矿井通风可视化仿真系统的改进设计也是从矿井通风可视化仿真系统的开发平台、开发模式、通风网络拓扑关系维护、通风网络解算以及通风系统双线图的自动生成等方面来进行改进与设计的。
2.1 矿井通风系统开发模式的改进与分析
传统的矿井通风可视化仿真系统开发模式在矿井通风可视化仿真应用中不仅不能满足矿井通风可视化仿真系统对于开发模式的要求, 而且实际应用中还具有一定的局限性。考虑到矿井通风可视化仿真系统对于开发模式的要求以及传统矿井通风可视化仿真系统的开发模式, 为实现矿井通风可视化仿真系统的开发应用, 可以使用NET框架的构件技术和快速原型法相结合的模式来进行矿井通风可视化仿真系统的开发应用, 这样不仅可以解决传统开发方法中存在的问题, 还可以矿井通风可视化仿真系统的可持续开发应用。利用NET框架的构件技术和快速原型法相结合的模式进行矿井通风可视化仿真系统的开发应用就是解决开发平台选择以及快速、低成本的进行矿进通风可视化仿真系统的所需构件等的获取等问题, 来进行基于NET框架的矿井通风可视化仿真系统原型的快速建立和运行。
2.2 矿井通风系统开发平台改进与分析
使用GIS平台进行矿井通风可视化仿真系统的开发利用, 对于矿井通风可视化仿真系统在实际中的应用来讲数据处理不是很便利。从底层开发的矿井通风可视化仿真系统在实际应用中能够得到应用的功能非常有限, 多数图形以及空间分析的功能都不能够实现。在已有的成熟绘图软件上进行矿井通风可视化仿真系统的再次开发利用, 对于矿井通风可视化仿真系统来说不一定能够实现数据与图形的一致, 而且在实际应用过程中一些功能应用也不够齐全。矿井通风可视化仿真系统的图形功能平台需要将传统的矿井通风可视化仿真系统的从底层进行开发的平台和矿井通风可视化仿真系统的GIS开发平台相结合, 因此才能够保证矿井可视化仿真系统的图形功能的齐全, 同时还具有空间分析以及决策功能。对于矿井通风可视化仿真系统的开发平台的改进虽然具有一定的难度, 经实践证明是可实施, 需要注意的是在进行矿井通风可视化仿真系统的改进设计的应将矿井通风的属性信息以及空间信息进行一体化的储存管理, 其次要注意是实现数据共享。
2.3 矿井通风系统中通风网络拓扑关系维护的改进与分析
矿井通风可视化仿真系统中通过自动建立和管理实现矿井通风网络拓扑关系实现矿井通风可视化仿真系统的运行。通风网络拓扑关系对于矿井通风可视化仿真系统的建立以及运行有着重要的关系和作用。传统的矿井通风可视化仿真系统通风网络拓扑关系是由人工进行维护的, 对于矿井通风可视化仿真系统运行来说, 不仅不能够保证通风网络拓扑关系的运行一致性, 并在在维护中很容易出现错误, 不仅效率较低, 而且对于矿井通风可视化仿真系统运行有一定的影响。对于矿井通风可视化仿真系统通风网络拓扑关系维护的改进就是实现通风网络拓扑关系的自动建立和管理, 这对于通风网络拓扑关系以及矿井通风可视化仿真系统运行都非常重要, 不仅可以节省大量的人力物力浪费, 而且能够很大程度上提高工作效率, 对于矿井通风可视化仿真系统数据的一致性也有提高。
2.4 矿井通风系统中通风网络解算的改进与分析
矿井通风可视化仿真系统中通风网络解算是进行矿井通风可视化仿真系统开发建立的基础。对于矿井通风可视化仿真系统中通风网络解算的改进就是将传统的通风网络解算方法进行简化改进, 也就是在Scott-Hinsley迭代法的基础上利用复合分支通风网络简化以及参数的等效变换进行通风网络解算改进。对于改进后的矿井通风可视化仿真系统的通风网络解算方法不仅具有传统的通风网络解算方法的简单、不失真以及等效转化等特点, 还可以实现一条等效分支替换等效果。也就是说使用一条等效分支进行其它等效风阻值的等效代换。在进行矿井通风可视化仿真系统的通风网络解算简化需要注意的是要对于动力设施、固定风量分支等情况进行考虑。
矿井通风可视化仿真系统中通风系统双线图的自动生成方面也需要进行一定的改进设计, 即采用双线图进行通风系统的绘制与维护, 这样不仅可以克服传统的通风系统图局限性, 而且很大程度上也能够提升矿井通风可视化仿真系统的通风系统的工作效率与运行效率。
3 结束语
总之, 实现对于矿井通风可视化仿真系统的构建与应用, 必须克服矿井通风可视化仿真系统中的一些局限性进行相关改进设计, 以保证矿井通风系统的安全与稳定运行, 保证矿井生产作业的安全。
摘要：矿井通风安全以及管理是煤矿生产发展中的重点, 矿井通风可视化仿真系统在国内外研究中也取得了一定的成果, 但是在煤矿安全生产实际应用中, 矿井通风可视化仿真系统仍然具有一定的局限性, 主要表现在矿井通风可视化仿真系统的可持续开发难度较大、空间和属性数据录入效率低、数据共享程度低、矿井通风可视化仿真系统的图形操作与空间操作分析的功能相对比较薄弱、通风网络图与通风立体图自动化程度低、难以实施精确的空间分析以及重复录入现象严重等。在煤矿实际生产安全管理中, 实现矿井通风可视化仿真系统的完善应用必须进行一定的系统改进设计, 以保证矿井通风安全与管理, 保证煤矿生产安全。本文主要结合矿井通风可视化仿真系统在矿井生产作业中的实际应用情况, 对矿井通风可视化仿真系统具体改进进行分析。
关键词：煤矿生产,矿井通风,可视化仿真系统
参考文献
[1]李雨成, 刘剑, 贾廷贵.MVSS3.0在矿井通风系统改造中的应用[J].煤矿安全.2007 (4) .[1]李雨成, 刘剑, 贾廷贵.MVSS3.0在矿井通风系统改造中的应用[J].煤矿安全.2007 (4) .
[2]朱华新, 魏连江, 张飞, 李纪洲, 苏松.矿井通风可视化仿真系统的改进研究[J].采矿与安全工程学报.2009 (3) .[2]朱华新, 魏连江, 张飞, 李纪洲, 苏松.矿井通风可视化仿真系统的改进研究[J].采矿与安全工程学报.2009 (3) .
[3]刘惠临.矿井通风仿真系统可视化建模方法研究[J].电脑知识与技术.2011 (36) .[3]刘惠临.矿井通风仿真系统可视化建模方法研究[J].电脑知识与技术.2011 (36) .
[4]魏连江, 王德明, 王琪, 葛鹏.构建矿井通风可视化仿真系统的关键问题研究[J].煤矿安全.2007 (7) .[4]魏连江, 王德明, 王琪, 葛鹏.构建矿井通风可视化仿真系统的关键问题研究[J].煤矿安全.2007 (7) .
可视化动画仿真 篇6
关键词：卫星仿真工具箱,航天任务,执行,可视化,仿真
某些应急事件 (如:汶川地震) 发生后, 需要多个单位或组织利用有效的信息来应对处理突发事件。这些信息中的一部分需要利用航天资源应急获取得到, 如震后的交通设施、建筑物损毁情况等。有限的航天资源、繁多的任务、需求的时效性等情况, 都需要对航天应急获取任务进行合理高效地管理。建立航天任务执行可视化管理系统可以通过管理航天资源的静态属性信息和任务执行过程中产生的动态执行信息, 实现对任务的执行过程进行可视化管理, 为航天任务的管理提供辅助支持。
在诸多的可视化软件中, 美国AGI公司开发的STK (SatelliteToolKit) 是其中最为突出的一款航天领域系统分析、状态可视化软件。STK可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天各种类型的任务, 并提供逼真的2维、3维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析功能, 为确定任务的最优解决方案提供支持[1]。STK支持各类航天任务周期的全过程, 包括政策、概念、需求、设计、制造、测试发射、运行和应用[2]。另外, STK提供Connect模块, 支持多种程序语言进行二次开发。现将采用STK 8.0和VC 6.0工具实现一个功能完善的航天任务执行可视化管理系统, 并采用实例对系统的有效性进行仿真验证。
1 STK/Connect模块介绍
STK的早期版本只提供分析、动态场景显示功能, STK 6.0以后的版本提供了STK/Connect模块, 它以客户机/服务器模式提供给用户一种与STK软件进行快速通信的方式。任何外部的应用程序可以通过TCP/IP、SOCKET协议, COM接口与Connect模块进行通信;任何内部和外部的网页可以通过COM接口与Connect模块进行通信[3]。开发人员可以通过Connect模块连接STK, 将其内部的分析、2维和3维动态显示等功能嵌入到自己开发的第三方应用程序中, 实现第三方程序与STK功能的完美结合[4]。
开发人员还可以通过搭载在Connect模块上的库快速地建立自己的程序与STK进行通信, 这个库包括功能函数、常量和其它消息传递功能。Connect模块还可以有选择地产生诊断消息, 同时允许用户重写、修改消息格式, 或者使用自定义的消息格式代替标准的消息以适应第三方程序, 这些特性可以让程序员更好地控制消息环境[5]。通过Connect模块与STK和STK/VO通信, 用户可以实时地展现事件。例如, 你可以通过Connect模块输入某次航天任务过程中卫星的实时遥测数据 (星历文件) 、卫星传感器参数、传感器打开和关闭的时间, 在2D和3D窗口中模拟展现航天任务执行的全过程, 对航天任务执行过程进行可视化展现。
2航天任务执行可视化管理系统设计
2.1系统结构设计
航天任务执行可视化管理系统主要用于在航天数据应急获取任务的执行过程中对航天资源 (卫星、传感器) 的静态属性信息、航天任务的静态信息以及任务执行过程中产生的动态信息进行管理, 并对任务的动态执行过程进行可视化展现。
按照系统的实际需求, 系统结构分为:航天资源管理、任务管理、状态信息管理、任务执行可视展现4大分系统 (见图1) 。航天资源管理分系统包括:添加资源、更新资源、资源详细信息查询、资源对应任务信息查询;任务管理分系统包括:任务信息输入、任务详细信息查询、任务对应资源查询;状态信息管理分系统包括:资源状态信息输入、任务执行状态信息输入、任务执行状态信息查询;任务执行可视展现分系统包括:2维信息展现、3维信息展现。
2.2 系统详细功能设计及实现
2.2.1 航天资源管理分系统
航天资源管理分系统包括四个模块:1.添加资源;2.更新资源;3.资源详细信息查询;4.资源对应任务信息查询。
(1) 添加资源
添加资源模块提供添加航天资源静态属性功能, 包括添加新卫星、添加新传感器。添加的卫星信息包括卫星基本信息 (所属单位、卫星名称、卫星编号) , 星历文件或轨道参数 (半长轴、倾角、偏心率、近地点幅角、升交点赤经、平近点角、时间点) 。添加的传感器信息包括所属卫星编号、传感器编号、传感器类型、分辨率和单幅幅宽等。
(2) 更新资源
资源信息错误或者部分信息不全, 都会影响任务执行过程的可视展现 (如卫星轨道参数、传感器个数等) , 更新资源模块主要用于对已输入的资源信息进行更新, 包括修改卫星属性、删除卫星、修改传感器属性、删除传感器等。
(3) 资源详细信息查询
提供简单查询以及复杂查询, 简单查询可以基于卫星名称、卫星类型、传感器个数、传感器类型这几项信息中的某一项信息进行单一查询, 复杂查询可以基于以上所有信息进行与或非等多种条件查询。
(4) 资源对应任务信息查询
基于资源的一项或多项信息查询符合条件的航天资源以及该资源对应的任务详细信息, 如查询携带光学传感器的卫星名称以及该卫星所需执行的任务名称、目标区域的位置、开始执行时间、完成执行时间等。
2.2.2 任务管理分系统
任务管理分系统包括三个模块:任务信息输入、任务详细信息查询、任务对应资源信息查询。
(1) 任务信息输入
任务信息输入模块主要提供输入任务信息的功能, 任务的信息包括, 任务名称、任务编号、目标区域地理位置、目标点列经纬度、分辨率要求、执行该任务的卫星名称、传感器类型、执行时间段等。
(2) 任务详细信息查询
该模块主要提供基于任务信息的某一个或多个字段进行单一或复杂查询, 查询到的任务信息可以是任务的部分或全部信息。如查询需要在某个具体时间段执行的任务的名称、地理位置、分辨率要求等信息。
(3) 任务对应资源信息查询
该模块主要提供基于任务信息的某一个或多个字段查询符合条件的任务名称以及该任务对应的资源信息。如查询执行编号为" BH0001"任务的卫星名称、传感器类型、分辨率。
2.2.3 状态信息管理分系统
状态管理分系统包括三个模块:资源状态信息输入、任务执行状态信息输入、任务执行状态信息查询。主要用于对航天任务执行过程中产生的动态信息进行管理, 为可视化展现提供必需的动态执行信息。
(1) 资源状态信息输入
卫星的状态信息有正常、故障等状态信息;传感器的状态有忙、闲、不可工作等状态信息。资源的运行状态较为稳定, 状态信息有限, 可以相隔较长时间录入一次。
(2) 任务执行状态信息输入
航天任务的执行状态信息有:未执行、执行中、执行完成以及执行失败。任务执行状态信息可以每隔一段时间录入一次。
(3) 任务执行状态信息查询
该模块主要提供任务执行状态信息的查询功能, 如查询在过去的某个时间段内执行的任务名称、各个任务的执行状态等。
2.2.4 任务执行可视展现分系统
任务执行可视展现分系统包括二个模块:2维信息展现、3维信息展现, 主要用于对任务执行过程和对任务的执行状态进行展现, 使得相关人员直观地看到航天任务执行的动态模拟过程并了解航天任务的执行状态信息。
(1) 2维信息展现
以2维形式展示中国国界、省界、省级以上行政中心、目标区域的地理信息;根据需要展现某个特定区域的地理信息;动态展示卫星的星下点位置、卫星轨迹的地面投影。
(2) 3维信息展现
以3D形式展现地球、卫星的三维模型;展现卫星相对于地球的飞行动作;展现卫星拍摄目标区域的模拟动作;动态提示已经执行完成的任务、正在执行的任务、未完成的任务相关信息。
实现的系统主界面见图2。
3 系统仿真验证
3.1 仿真流程
系统可以实现实时和非实时两种展现模式对航天任务执行的全过程进行模拟展现。设定场景响应时间载入场景, 添加航天资源, 添加相应的航天任务, 载入区域图片, 即可对设定的时间段内的多个航天任务执行情况进行模拟展现[6]。系统仿真工作流程见图3。
3.2 仿真实现
系统设定的仿真时间参数如下:
开始时间:2009-6-14 09:00:00
结束时间:2009-6-15 09:00:00
本示例需添加三颗卫星及相应的传感器, 资源的部分参数如表1、表2所示。
本示例中选取三个任务, 任务的部分数据如表3所示。
添加资源、任务信息后, 为了系统的仿真效果需要, 导入已有的四川地区图片。在仿真工具条上选取“实时模式”按钮, 再点击“开始运行”按钮, 系统即开始仿真运行, 在某一时刻的3维展现界面见图4。
3.3 结果分析
图片左下角显示时间信息为UTCG时间“2009-6-14 07:31:19”, 加上8小时即为北京时间 “2009-6-14 15:31:19”。由图中可以看出, 当前时刻卫星“SAT-1H”正在区域“Area_RW-1” (唐家山) 的上空, 该卫星正在拍摄该区域的图片 (红色波束示意) 。绿色区域“Area_RW-2” (汶川) 代表该任务已经执行完成, 图片已经获取到。白色区域“Area_RW-3” (长沙) 为未执行区域。系统运行效果良好, 能够很好地模拟资源执行任务的拍摄动作以及正确地反映当前仿真时刻所有任务的执行状态。
4 结论
航天任务执行可视管理系统旨在建立一个可视化管理环境, 对多个航天任务执行过程中航天资源的静态、任务执行过程中产生的动态信息进行管理, 对任务的动态执行过程进行可视化模拟展现。
文中先对航天任务执行可视化管理系统的结构进行了设计, 然后对其功能进行了详细设计与实现, 最后通过选取特定的仿真时间段、航天资源、航天获取任务等对系统进行仿真验证, 系统运行效果良好, 达到了设计的要求, 具有一定的应用价值。
参考文献
[1]张云彬, 张永生.STK/Connect模块分析与应用.测绘学院学报, 2001, 18:29—32
[2]吕源, 李世忠, 胡燕.STK卫星工具软件包中数字地图叠加的技术和方法.测绘科学与工程, 2004;24 (3) :16—19
[3]杨颖, 王琦.STK在计算机仿真中的应用.北京:国防工业出版社, 2005
[4]黄洁, 党同心, 赵拥军.VC和STK集成的途径及其在仿真中的应用.计算机仿真, 2007;24 (1) :291—294
[5]张万鹏, 陈璟, 沈林成.基于STK/VO的航天任务视景仿真系统.计算机仿真, 2005;22 (10) :82—85
可视化动画仿真 篇7
Matlab是一套高性能的数值计算和可视化软件,它作为新兴的编辑语言和可视化工具,有着其他编程语言所不能比拟的优势,它既能进行科学计算,又能开发出所需要的图形界面[2,3,4]。借助于Matlab的图形用户界面(Graphical User Interfaces,GUI)设计了系统函数与时域特性的可视化仿真平台,它直观形象地把系统函数与时域特性的关系表现出来,加深了学生对此重要内容的理解和掌握,激发了学生的学习兴趣,提高了学习效率,取得了较好的教学效果。
1 可视化仿真平台组成
利用系统函数与时域特性的可视化仿真平台,只需按步骤点击鼠标或输入参数,即可观察系统函数所对应的响应曲线,进而得出系统函数与时域特性之间的对应关系。
可视化仿真平台如图1所示,由系统选择、极点位置和类型、系统函数、系统的极点图、单位冲激响应曲线(或单位序列响应曲线)、说明六大部分组成。
系统选择部分包括连续系统和离散系统,通过点击鼠标可选择其中之一。极点位置和类型部分包括“左半开平面”“虚轴”“右半开平面”(选择离散系统时为“单位圆内”“单位圆上”“单位圆外”)3个单选按钮和1个内含“单实根”“共轭根”“重实根”“重共轭根”的列表框组成。系统函数部分用静态文本框显示系统函数的表达式,可编辑文本框用来输入相应的参数值,“确定”按钮用于命令操作。系统的极点图和响应曲线这两部分,作为整个仿真平台验证结论的核心部分,各包括一个坐标轴,用于显示系统函数的极点图和相应的响应曲线。说明部分作为仿真平台的操作提示部分,包括一个静态文本用以显示操作提示,和“结论”按钮。点击“结论”按钮时,说明部分会显示在此操作下系统函数和时域特性之间的关系结论。“返回”按钮用于重新选择参数进行操作、点击“退出”按钮可退出系统。
2 可视化仿真平台数据传递
仿真平台个部分之间的数据传递关系,由此可知(如图2所示),若仿真平台验证连续系统的时域特性与系统函数的关系,从选择“连续系统”开始,再依次选择“左半轴”“虚轴”“右半轴”和其下的“单实根”“共轭根”“重实根”“重共轭根”;同理也可验证离散系统的时域特性与系统函数的关系。整个仿真平台各个模块相互关联密切,逻辑性强。
3 可视化仿真平台功能实现
本仿真平台的主要功能是依托各个回调函数的编写来实现的。具体功能实现语句如下。
3.1 参数读取的功能实现
global a;%定义全局变量a
global b;%定义全局变量b
a=str2num(get(handles.can1,'string'));%将输入值转化,读取参数a
b=str2num(get(handles.can2,'string'));%将输入值转化,读取参数b
3.2 连续系统坐标轴绘制和极点位置标示的功能实现
3.3 连续系统冲激响应曲线绘制的功能实现
3.4 离散系统单位圆绘制和极点位置标示的功能实现
3.5离散系统单位序列响应曲线绘制的功能实现
3.6 错误提示功能实现
if(a<=0)&((where=='zuo')|(where=='you'))
h=w a r n d l g('操作错误,请确定参数的输入范围!','错误');
%连续系统,当参数范围错误时的提示
if(((a>=1)|(a==0))&(where=='zuo'))|((a<=1)&(where=='you'))
h=w a r n d l g('操作错误,请确定参数的输入范围!','错误');
%离散系统,当参数范围错误时的提示
if(pan＿duan==0)|(pan＿duan==1)|(pan＿duan==4);
h=warndlg('操作错误,请根据说明进行操作!',错误');%操作步骤错误时的提示
4 可视化仿真平台使用举例
若仿真平台需验证结论:“H(z)在单位圆外的极点所对应的响应序列随k的增大而增大,这样的系统是不稳定的。”
按照说明部分的操作提示,仿真平台的使用步骤如下:
(1)选择实验系统为“离散系统”。
(2)极点位置与类型选择“单位圆外”。
(3)选择极点类型,输入仿真值,输出极点图与响应曲线。如在列表框中双击选择“单实根”,在系统函数部分输入参数a为1.2,此时,系统函数显示该系统模型,点击“确认”按钮,观察极点图和相应单位序列响应曲线,如图3所示。
在此过程中,若操作不符合“说明”提示的规范,如在此情况下输入错误参数a为0.5,这时平台会显示错误提示。
(4)重复步骤3,依次双击选择“共轭根”“重实根”和“重共轭根”,并输入相应的参数,观察极点图和相应冲激响应曲线,进而归纳出“极点在单位圆外时单位序列响应随k的增大而增大,此时为不稳定系统”的结论。
5 结束语
借助Matlab丰富的信号处理函数库及其可视化界面设计GUI,构建了“系统函数与时域特性的可视化仿真平台”。平台各个部分之间的关联度非常大,逻辑关系复杂,所用程序语句多达800余条。仿真平台把系统函数与时域特性的理论抽象关系形象直观化了,只需在平台上点击鼠标和输入参数,就可观察仿真曲线,还可在平台上输入不同参数进行反复实验,展示了人机交互式图形用户界面及其参数的可调控性。在课堂教学中,激发了学生的学习积极性,提高了学习效率,取得了较好的教学效果。
参考文献
[1]吴大正.信号与线性系统分析[M].第4版.北京:高等教育出版社,2005.
[2]赵书兰.MATLAB R2008图形与动画编程实例教程[M].第1版.北京:化学工业出版社,2009.
[3]金波.基于MATLAB的“信号与系统”实验演示系统[J].实验技术与管理,2010,27(12):104-107.
可视化动画仿真 篇8
关键词：飞行器,可视化仿真,STK
1 引言
1.1 STK在可视化仿真中的应用
STK的全称是Satellite Tool Kit(卫星仿真工具包),是由美国AGI公司开发,并在当前航天工业领域中处于领先地位的卫星系统分析软件。利用它可以快速方便地分析航天任务中各种错综复杂的情况,并能以形象直观的三维场景真实地再现空间目标整个寿命周期的运行情况(如位置、姿态、可见性、传感器覆盖性及空间实时操作等),为专家、领导的正确分析和决策提供强有力的支持[1]。
STK在可视化仿真中具有以下特点:
(1)较强的分析能力。仅需要基本的数据信息,可迅速地计算出飞行器飞行中任意时刻地多坐标系下的位置、速度、姿态等。同时计算结果可以生成为图表或者文字的形式[1]。
(2)简单的数据输入输出方式。按照STK规定的外部数据文件的格式进行整理,可以方便的生成飞行器轨迹和姿态数据文件,就可以为STK计算内核方便的调用。在可视化仿真过程中,还可实现数据动态显示和图线动态显示。
(3)逼真的显示效果。在二维地图窗口中可以显示飞行器飞行的飞行轨迹。STK/VO模块提供了的三维显示环境,能够以精确数据驱动,通过显示逼真的空间环境、空中和地面资源、各种不同的视点和辅助分析工具(各种矢量指向),提供了动态显示飞行器姿态的手段,通过在不同窗口显示对象的各个角度、方位指向、指向变化轨迹,直观理解复杂的飞行任务和轨迹特性[2]。
(4)良好的可扩展性。在轨迹仿真工作中,针对不同型号的飞行器,通过配置飞行器三维模型文件、轨迹数据文件、姿态数据文件、动作节点文件等,可以迅速的实现不同型号飞行器的可视化仿真。
1.2 可视化仿真的意义
可视化仿真系统通过模型的三维动态显示使研究人员更直观的观察飞行器的飞行过程中的速度、位置、姿态等,还可以方便快速的进行事后准实时处理的图线分析,为研究人员提供大量的、可视化的仿真结果,所提供的结果报告可供研究人员快速分析试验结果使用。
借助STK提供的三维可视化模块(STK/VO),由STK计算模块读取飞行器轨迹数据文件驱动三维飞行器仿真场景运行,再现飞行器的飞行过程[3]。本文研究了基于STK的可视化仿真系统的框架组成,介绍了利用STK进行可视化仿真的方法,并通过具体的实例验证了这种仿真方法的正确性和可行性。
2 可视化仿真框架设计
利用飞行器的轨迹数据以及姿态数据对飞行器三维模型进行驱动,在STK中完成飞行器的可视化仿真。STK可视化仿真系统的结构图如下图1所示:
通过上面的系统结构图,将可视化仿真系统划分为飞行器数据输入模块、飞行器三维模型及其控制模块、STK可视化模块。
(1)飞行器数据输入模块
STK采用的地球椭球模型为WGS—84地球椭球模型,它集成了许多航空航天领域常用的坐标系,包括地心坐标系(对应于STK中的Earth Fixed坐标系)、地心惯性坐标系(对应于STK中的Earth Inertial或J2000坐标系)、弹体坐标系(对应于STK中的Body坐标系)等[4]。
本模块主要实现将不同坐标系下的轨迹数据转换为地心坐标系或者地心惯性坐标系等STK所需格式的轨迹数据。
(2)飞行器三维模型及其控制模块
STK三维模型文件以ASCII码形式存储在文件中(扩展名为.mdl)。一个模型包括一个或者多个在模型文件中定义的组件。每个组件都描述模型的一个特殊部分,一些模型包括细节的程度能用于复杂或者简单的演示模型。
动作节点文件主要来控制飞行器三维模型的弹体分离、火焰喷射等动作,包含驱动文件中动作属性命令的信息。模型动作文件包含一个以时间为序的数据列表,这些数据是关于动作属性的控制并可应用模型的结构变化,及其飞行过程中如何实现飞行器弹体分离等一系列的动画过程。
(3)STK可视化模块
该模块由STK计算模块读取数据文件自动驱动三维轨迹仿真场景,演示飞行器的飞行过程,动态显示飞行器任意时刻的速度、位置、姿态以及飞行轨迹,可视化仿真结束后可以生成轨迹数据报告、姿态数据报告以及各种数据曲线。
3 可视化仿真的实现
3.1 飞行器数据输入模块的设计
轨迹数据经过坐标转换后,将轨迹数据创建为飞行器星历文件(后缀名为.e),将姿态数据创建为姿态文件(后缀名为.a)。星历文件和姿态文件必须满足一定的格式,在文件中需要对一些关键字进行设置。下表为星历文件和姿态文件的关键字。
(1)星历文件的格式
STK中常用的星历文件格式有:Ephemeris Time Pos Vel(参考系中的位置和速度)、Ephemeris LLATime Pos Vel(大地经纬度、高度及其变化率)、Ephemeris LLRTime Pos Vel(地心经纬度、高度及其变化率)等。
下面为星历文件的实例(以下数据为仿真数据):
(2)姿态文件的格式
STK中常用的星历文件格式有:Ephemeris Time Pos Vel(参考系中的位置和速度)、Ephemeris L LATime Pos Vel(大地经纬度、高度及其变化率)、Ephemeris LLRTime Pos Vel(地心经纬度、高度及其变化率)等。
3.2 飞行器三维模型的设计
设计飞行器的三维模型,首先要明确飞行器的组成部分、大小尺寸;其次确定运动和动作要求,明确实体模型中参加运动的部件和部件间的运动关节。
3.2.1 构建三维模型
组件是模型的基本组成部分,一个模型可以由一个或多个组件组成。将飞行器的各个组件在三维空间中的位置组合起来就构成了三维的飞行器模型。例如将飞行器模型分级结构图简化为下图2所示。
在模型文件Missile.mdl中,为Fist Engine、Snd Engine、warhead、Engi Flame等所有的组件添加各自的实体后就构成了飞行器的外形。首先通过使用Refer命令将Fist Engine、Snd Engine、warhead、Engi Flame等组件构成Body组件集,然后利用Root命令将Body组件集添加到Missile顶级组件中,最终完成飞行器三维模型的组合。
3.2.2 创建动作节点文件
通过创建动作节点文件,可以实现飞行器的一二级分离、火焰的点火与熄灭,这样使得三维场景的显示更加真实。创建一个名为msl.mima的动作文件。在msl.mima文件中,含有所有实现活动关节动画的一系列指令,即定义活动关节的运动参数,通常包括运动起止时间、起止位置(或角度)、运动加速度和循环情况等,这些参数组成了控制模型动作的时间列表。该动作文件,必须放在与msl.mdl模型文件的同级目录中,才能达到控制模型实体运动的效果[5]。
如果我们需要飞行器的火焰强度沿x轴强弱变化,那么在msl.mima的动作文件中,对火焰关节进行如下设定:
NEW_ARTICULATION#用于设置关节动作参数
3.3 STK可视化模块
逼真的动画显示能力,强大的数据计算能力是飞行器飞行数据快速可视化仿真实现的重要功能。为了更形象的进行可视化仿真需要对场景进行以下配置。
1、视点的选择:从View form/to工具中选择,动画显示中的参考点。
2、显示动态数据:使用Dynamic Display(动态显示)和Strip Chart(动态图表)工具,定义可视化仿真过程中动态数据项和图表项。
3、生成图表、曲线:使用Graph工具从列表中选择所需的图表、曲线选项,如Altitude、Fixed Position Velocity等。
4 飞行器可视化仿真实例
本文以二级飞行器为例,其模型文件为msl.mdl、动作节点文件为msl.mdl、飞行器数据文件为msl.e、姿态数据文件为msl.a。在飞行器飞行场景图中,动态的显示fixed position velocity(位置、速度数据)、Attitude Quaternions(姿态四元素数据)、Euler Angles(欧拉角数据);在飞行轨迹轨迹图中动态的显示飞行器的飞行轨迹;仿真结束后生成LLR仿真图表等。
5 结束语
利用STK软件强大的数据计算能力和逼真的动画显示能力进行可视化仿真,能够逼真的显示飞行器的飞行过程,能够动态显示飞行过程中位置、速度等各种数据,能够直观的观测飞行器飞行过程中的飞行轨迹,并可以方便的生成所需的数据曲线。本文研究的基于STK的可视化仿真的方法可以针对不同型号的飞行器只需要配置它们的外部数据文件和三维模型动作节点文件,就可以方便、快速的进行飞行器的可视化仿真,提高了可视化仿真的效率,具有较高的应用价值。随着对STK的深入研究,基于STK的实时可视化仿真在飞行器飞行试验中将得到更广泛的应用。
参考文献
[1]杨颖,王琦等编著.STK在计算机仿真中的应用[M].北京:国防工业出版社,2005.1.
[2]STK培训教材,STK中国技术支持中心北京宏宇航天技术应用公司[Z].
[3]孙平、杨乐平,STK中可视化实体模型的设计与运动控制[J].电脑开发与应用报,2006,19(4):28-29.
[4]康志宇,赵育善.基于STK的导弹飞行数据快速可视化仿真实现[J].弹箭与制导学报,2004,24(2):1-4.