体育仿真（精选4篇）
体育仿真 篇1
1 绪论
随着我国经济以及体育事业的飞速发展,体育场馆日益增多,人群密集程度与场馆的使用率也随之增加,面临的事故发生率也不断增大,而继发和伴生现象是场馆伤亡事故加剧的主要原因[1]。因此,加强人员安全疏散的研究,在现阶段显得尤为重要。
目前人员疏散仿真模型主要分为宏观模型和微观模型两类[2,3]。宏观模型把人群看作一个整体;而微观模型是与人群行为有关的模型,主要用来研究个体行为对疏散时间等的影响。
人员疏散模型的主体是人。在现实中研究人群的行为规律,必须考虑诸多复杂的个体因素。疏散个体的行为及特征等,都会影响疏散结果。如在存在小团体时,具有亲情行为的小团体在疏散时会尽量的聚集在一起来撤离场馆,小团体的该行为对疏散结果会产生影响。而目前对于小团体的研究涉及的内容很少,因此,在此我们将采用微观模型中的基于Agent的建模方法对体育场馆中的个体进行建模,并主要研究小团体对人员安全疏散的影响。
2 基于Agent的人员疏散仿真建模
基于Agent的整体建模方法是在复杂适应系统理论指导下,结合元胞自动机网络模型和计算机模拟技术来研究复杂系统的一种有效方法[4]。
2.1 Agent模型概述
Agent是人工智能和计算机软件领域中一种新兴的技术。Agent总是能够感知其所处的环境,具有可影响环境的多种行为能力,并能够适应环境变化[5,6]。而且Agent之间复杂的交互作用[7],可以用来描述人员的群体行为,Agent的基本结构图如图1所示。
在此,我们结合Agent的智能性并借鉴一种基于Agent的人员疏散仿真框架,如图2所示。它结合Agent理论应用可以有效的解决疏散仿真的复杂过程[7]。
2.2 基于Agent的环境空间建模
借鉴元胞自动机的模型假设,采用环境空间网格表示法建立人员疏散仿真模型的空间环境,并采用目前比较常用的二维元胞空间进行建模[9]。把空间、时间、和状态离散化处理,将建筑物的平面进行均匀的网格划分,网格大小设为0.4m×0.4m,并按照Moore的元胞自动机的邻域模型来确定个体下一步可能的行动方向,如图3所示的包括个体所占据网格在内的9个网格空间。
在二维元胞空间中,每个元胞空间可以有一下几种状态:一被墙壁或障碍物占据,二被人员占据,三为空闲状态[10]。而在任意时刻,一个Agent只能占据一个网格。同一个网格属性相同,即该网格若为人员占据,则人员占据该网格所代表的全部空间,其他情况类似。
2.3 个体Agent行为建模
在人员聚集的场所,当发生紧急事件时,由于受到疏散个体心理、身体素质、疏散个体之间交互的影响以及个体能力的差异,在疏散时将会出现一些行为现象。
(1)人员疏散时必然出现如下典型现象
a.疏散过程中人员自发的聚集到出口前;
b.在靠近出口前呈现出拱形或是半圆形;
c.大量的人员聚集,出现人员的拥塞;
d.由于个体能力的差异,出现人员的伤亡;
e.人员疏散时出现小团体现象。
鉴于以往对于小团体的研究较少,因此本文将对小团体现象进行分析。
(2)当存在小团体时人员安全疏散会具有以下行为现象
a.随着小团体的数量增多,人员疏散所需时间及步数增加;
b.小团体占总人数的比例越大,人员的疏散时间及步数增加;
c.单个小团体的人数增多,人员之间的交互复杂,人员疏散所需的时间增加;
d.小团体分布越密集,人员疏散越困难;
e.小团体之间的距离范围发生变化时,人员疏散的时间及步数增加。
2.3.1 个体Agent决策模型的建立
疏散行为是个体的自我决策行动的过程,即个体通过行动达到目标,在到达目标的过程中必须对目标方向进行感知和判断从而调整行动方向[11,12,13],如图4所示的个体决策模型框架。
3 个体模型建立及算法描述
在研究体育场馆内的人员疏散时发现,往往会存在具有亲情关系的小团体现象,而小团体内部成员又存在一种主从关系。因此在本文中采用主从建模的方法研究小团体现象。其中小团体的成员在疏散时根据以下原则进行疏散:①主客体按照自由意愿疏散(考虑距离、人数、障碍和密度等因素);②对于从个体而言,它根据距主个体的距离进行目标选择:当从个体与主个体的距离近时,从个体以向主靠拢的意愿进行疏散(考虑与主的距离,到目标的距离、人数、障碍和密度等因素);当从个体与主个体的距离远时,从个体按照自由意愿疏散。
同时,结合图4所示的个体决策模型可知,个体目标方向的确定分为以下几个方面。
(1)确定目标出口
个体出口的确定考虑了同类人员之间的吸引力,到目标出口的困难程度及到出口的距离因素。因此当主从个体的吸引力在某一范围内时,其表达式的形式如下:
undefined
其中,i=1,2,…,9、j=1,2,…,E分别表示9个可行的方向和各出口的方向,其中E为出口的个数。Gij、Pij、Oij、Dij、ρPij和ρOij分别表示主从个体之间的距离及各行动方向到各出口的人数、障碍数、距离、人数密度、障碍物密度,μ1-μ6分别为确定目标出口时各决策因素的系数。下面对式(1)中涉及的函数及参数进行介绍:
①主从个体之间的吸引力Gij
当个体属于某一小团体,且该个体为从个体时,个体在确定目标时需要考虑主从个体之间的吸引力。因此对于主从个体的目标选择,需要将主从个体之间的吸引力引入,即主从个体之间的距离G′ij。可以用下式表示:
undefined
其中
undefined,
其中,D=λ×n,(xundefined,yundefined)为主个体的位置坐标,(xundefined,yundefined)为当前同类个体的位置坐标,即从个体,λ为单个网格的边长大小,n为调控距离范围的系数。
②确定第i个行动方向到第j个出口的人数Pij、障碍Oij以及距离Dij
假设个体的第i个行动方向到第j出口的视野范围,所包含的空间网格坐标集为R,则第i个行动方向到第j个出口的人数为:
undefined
i表示行动方向i=1,2,…,9,j表示场馆出口j=1,2,…,E。
同理,第i个行动方向到第j个出口的障碍数为:
undefined
其中,undefined
对于第i个行动方向到第j个出口的距离Dij如下所示:
undefined
其中(xundefined,yundefined)为第j个出口的位置坐标,(xi,yi)为第i个行动方向的位置坐标。
③计算各行动方向到各出口的人数密度ρpij以及障碍密度ρoij
假设个体第i个行动方向到第j个出口视野范围内的网格个数为N,则到各出口的人数和障碍的密度分别为:
undefined
其中,人数和障碍的计算方法分别与式(3)和(4)相同,此处的空间网格坐标集为R*。
(2)确定行动方向
方向的确定同样要考虑到目标方向的困难程度以及到出口的距离等,并要综合人员之间的吸引力、人数、障碍、密度因素来确定行动方向。对于行动方向的确定可用下式表示:
undefined
其中,j=1,2,…,9为包含个体自身在内的9个可行方向。Gundefined、Pundefined、Oundefined、Dundefined、rPundefined、rOundefined分别表示个体之间的距离,各个可行方向的人数、障碍、距离、人数及障碍的密度因素。μ7-μ12为确定可行方向时的各决策因素的系数。
主从个体之间吸引力Gundefined的计算方法和式(2)相同。同时,假设第j个行动方向到目标出口DE视野范围,所包含的空间网格坐标集为Uj,所包含的空间网格数为Nj,则到出口的人数、障碍、距离以及人数和障碍的密度的计算方法同3(1)所述。
(3)确定最优方向及次优方向
个体按照设定的概率在最优方向(如式(8)所示)和次优方向(如式(9)所示)之间随机的选择方向DED。如选择最优的概率为95%,次优的概率为5%。
undefined
4 仿真结果及分析
4.1 仿真条件
通过面向对象的程序语言Java来动态模拟疏散过程中人群的行动规律,该仿真模型采用33×33个网格的封闭空间,场馆放置有312人。其中连续的红色个体为具有一定关系的小团体。
在此,我们对2.3节所述的各种疏散现象进行仿真研究并主要研究小团体的行为特征。同时,按照以下几种情况对小团体进行仿真研究:首先,按照小团体在场馆内的分布情况分为:一小团体随机的分布在场馆内;二小团体集中分布在场馆内某区域。其次,按照以下情形进行分类:一小团体占总人数的比例不同;二单个小团体的人员个数不同。最后,按照小团体吸引力的不同进行仿真研究。
实例一:小团体随机分布在场馆内
(1)小团体所占比例不同
小团体人数约占总数的20%,即小团体的总数为60,分为15组,每组4人,则在空场有组织的情况下,不同时间的疏散情形如图5所示。
不难看出,疏散过程个体自发地聚集在出口前;在各出口前呈现出拱形或半圆形;随着拥挤程度的增加,出现人员的拥塞;疏散过程中出现人员的伤亡;具有亲情关系的小团体在疏散时尽量聚集在一起,但随着疏散的进行,具有亲情关系的小团体受到外界人员的干扰而被其他的人流冲散(验证了2.3.1)。
①不同比例下,疏散统计结果如表1所示。
由表1可知,随着小团体总数的增加,人员疏散时间和步数非线性的增长(验证了2.3.2.a)。小团体所占比例越大疏散所需时间和步数增加(验证了2.3.2.b)。
②小团体吸引力不同
在比例为20%的条件下,由上节知主从个体之间的约束力为Gij,而当Gij取值范围不同时疏散结果不同。本文中通过设定给定值D的系数n,模拟距离范围不同时对疏散的影响,则n分别取值8,16,32时的统计结果如图6所示。
通过图6可知,随着个体约束力取值范围的增大,人员疏散所需的时间和步数也相应的增加,并呈现出非线性增加(验证了2.3.2.e)。
(2)小团体的人数不同
小团体人数的不同对于人员疏散的影响。设定12组小团体,每组有5个个体,则不同时间的疏散情形如图7所示。
由该案例可知,在小团体的人数发生变化时,同样也符合2.3.1所述的内容。
①不同人数的小团体统计结果如表2所示。
当小团体的人数增加时,人员疏散的时间增加(验证了2.3.2.c)。
②小团体吸引力不同
在本实验中,我们将每个小团体定为5,共12组。研究小团体内的吸引力对疏散结果的影响,同时仿真统计,在n分别取值8,16,32时疏散时间及疏散步数,则该实验的统计结果如图8所示。
通过上述实验可知,小团体均匀的分布在场馆内时,小团体的人数、比例以及吸引力均会影响疏散时间及步数(验证了2.3.2.e))。因此,小团体的疏散行为对场馆内人员的安全疏散起到一定的约束作用。
案例二:小团体集中分布在场馆的某区域
小团体集中分布在某一区域,使得该区域的小团体的人数增加,小团体的比例增大,则该情况下各时间的疏散情形如图9所示。
①小团体分布区域不同
小团体所占比例及人数相同,如所占比例为20%,人数为60的条件下,小团体分布区域不同时的统计表格如表3所示。
表3表明在人员分布的区域不同时,疏散时间及步数也不同。对于局域分布的小团体由于个体分布的比较集中,人员的交互作用会影响个体的疏散。因此在这种情形下,人员的疏散的时间和步数比随机分布的人员疏散所需的时间和疏散步数相对增加(验证了2.3.2.d)。因此,人员的大量聚集使人员安全疏散所需的时间增多。
②小团体吸引力不同
同上小团体集中分布在场馆的左上区域,每组4人,共有15组。在n分别取值8,16,32时疏散时间及疏散步数的统计结果如图10所示。
在小团体的分布区域比较集中时,随之小团体之间的吸引力的增加,疏散时间及疏散步数相应的增加(验证了2.3.2.e)。
4.2 仿真结果分析
通过仿真可以总结出基于Agent的仿真模型可模拟仿真真实的疏散现象。由上节,我们可以总结出在第一个中间情形中,具有亲情关系的小团体会尽量聚集到一起;在第二个中间情形中,小团体会因受到外界人流的作用而被冲散且大量的个体由于出口的方向不同,出现人员的拥塞现象;临近结束情形表现出在疏散时由于人员之间的拥挤踩踏出现人员的伤亡;对于小团体现象而言,当小团体所占的比例或小团体的人数增加时,人员疏散的时间和疏散步数非线性的增加,同时由于小团体内部的吸引力的增加,小团体疏散时间和步数也非线性的增加。
5 结论
本文提出了一种基于Agent的个体决策模型,该模型可以仿真小团体现象、出口处的拱形现象、人员的拥塞以及由于个体之间能力的差异而出现的人员伤亡等疏散现象。通过仿真实验可知,小团体的存在会影响人员疏散的效率,阻碍人员的正常疏散。但经过仿真分析得知,该模型可以用于人员安全疏散仿真研究及体育场馆的设计预案,同时该模型还可以真实的再现和解释现实情况,因此对人员疏散的研究具有重要的价值和意义。
摘要：使用微观建模方法中的Agent技术对体育场馆内的人员安全疏散进行仿真研究。首先,对疏散个体以及场馆环境进行了分析,并对个体及场馆环境的建模方法进行了分析;其次,为了真实的再现现实的疏散情况,使用网格方法对场馆平面进行划分,采用基于Agent的方法建立个体决策模型;最后,分析了体育场馆内人员疏散的行为特点,并主要研究体育场馆内的小团体行为,以期再现该行为,并据此分析两种情形下对人员安全疏散的影响。仿真实验得到的数据及结果表明,上述研究与真实的疏散现象相似。因此该模型可用于体育场馆的建设评估及现场指挥预案制定的依据。
关键词：人员疏散,微观模型,Agent,小团体
体育仿真 篇2
三次作业练习
班 级：机 妍 15 姓 名：左 海 涛 学 号：5220150233 指导老师：曹 建 树
目 录
一、深沟球轴承自顶向下装配设计............................................................................3
1.问题描述.............................................................................................................3 2.实现过程.............................................................................................................4
2.1新建装配和组件.......................................................................................4 2.2设计轮廓图...............................................................................................6 2.3设计轴承外圈...........................................................................................6 2.4设计轴承内圈...........................................................................................9 2.5设计保持架.............................................................................................10 2.6设计滚珠.................................................................................................13 2.7设计完成.................................................................................................15
二、机构运动仿真....................................................................................................17 1.问题描述........................................................................................................17 2.实现过程...........................................................................................................17 2.1新建运动仿真.........................................................................................17 2.2新建连杆.................................................................................................18 2.3新建运动副.............................................................................................19 2.4新建传动副.............................................................................................22 2.5新建3D接触...........................................................................................23 2.6开始仿真.................................................................................................24
三、餐具加工..............................................................................................................27 1.问题描述...........................................................................................................27 2.实现过程...........................................................................................................27 2.1整体粗加工.............................................................................................27 2.2外表面精加工.........................................................................................36 2.3内表面精加工.........................................................................................42
一、深沟球轴承自顶向下装配设计
1.问题描述
试设计如下图所示深沟球轴承，具体尺寸如下所示，要求采用自顶向下的装配设计方法。
图1 轴承装配图
图2 轴承尺寸图 2.实现过程
2.1新建装配和组件
（1）打开NX8.5软件：开始→程序→NX8.5。
（2）新建装配：点击“新建”，出来“新建”对话框，类型为“装配”，修改新文件名里的“名称”和“文件夹”，注意更改的文件夹路径为英文目录下才有效，点击“确定”，如图3所示。
图3 新建装配
（3）点击菜单栏“装配”→组件→新建组件。
（4）在弹出的“新组件文件”对话框里，名称为“模型”，注意修改“新文件名”的名称及文件夹路径，路径应该与开始新建的“装配”一致，如图4所示。（3）按此步骤新建五个组件，分明命名为lunkuo、waiquan、neiquan、baochijia、gunzhu”，如图5所示。
图4 新建组件
图5 整体结构
2.2设计轮廓图
（1）在“装配导航器”里双击“轮廓”，如图6所示。
图6 激活轮廓
（2）创建草图：点击菜单栏“插入”→草图，弹出“创建草图”对话框，选择YZ平面，点击“确定”进入草图绘制界面。（3）绘制如图7所示的草图。
图7轮廓草图
2.3设计轴承外圈
（1）在装配导航器里，双击“装配”文件进行激活，右键点击“lunkuo”→替换引用集→整个部件。此时设计界面内会显示已设计完成的“骨架”图，如图8所示。
图8 轮廓图
（2）在装配导航器里，双击“waiquan”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器。
（3）弹出“WAVE几何链接器”，选择右侧的“矩形框”和“圆”如图9所示。
图9 关联外圈
（4）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”，弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；按照“关联复制”的矩形和圆绘制如图10所示的外圈回转草图。
图10 外圈回转草图
（5）点击“完成草图”回到“回转”对话框，选择回转轴为“Z轴”，点击“确定”完成轴承外圈的设计，如图11所示。
图11 轴承外圈
2.4设计轴承内圈
内圈的设计步骤参考外圈的设计步骤，步骤一致，只是回转草图的不同，在“关联复制”是注意选择的是左边矩形和圆。内圈的回转草图如图12所示，内圈设计完成图如图13所示。
图12 内圈回转草图
图13 轴承内圈
2.5设计保持架 由于保持架上有滚珠孔，先设计没有滚珠孔的保持架，其步骤与外圈的设计步骤一样，没有滚珠孔的保持架设计完成图如图13所示。
图13 没有滚珠孔的保持架
设计保持架上的滚珠孔，步骤如下：
（1）在装配导航器里，双击“baochijia”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆”。
（2）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；绘制与球相同直径的圆，点击“完成草图”回到“回转”框，创建球体，与保持架求差。
图14 回转求差
图15 一个孔
（3）点击插入→关联复制→阵列特征，“选择特征”保持架上的孔，旋转轴为“Z轴”，“布局”为圆形，“角度方向”间距数量和跨距，数量 10，点击“确定”，保持架设计完成效果如图16所示。
图16 保持架
2.6设计滚珠
（1）在装配导航器里，双击“滚珠”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆”。点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆的中心线”。
（2）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；按照关联复制所得的圆绘制滚珠草图，回转轴选择关联复制所得的圆的中心线，生成滚珠如下图所示。
图17 生成滚珠
（3）点击插入→关联复制→阵列特征，“选择特征”为滚珠，旋转轴为“Z轴”，“布局”为圆形，“角度方向”间距数量和跨距，数量 10，点击“确定”，完成滚珠的设计，如图18所示。
图18 轴承滚珠
2.7设计完成
在装配导航器里，双击“装配”文件进行激活，依次右键点击“各个组件”→替换引用集→整个部件，把隐藏的全部显示，完成轴承的设计，设计完成效果如图19所示。
图19 深沟球轴承
二、机构运动仿真
1.问题描述
试对如下图所示机构进行进行运动仿真。
图20 整体结构图
2.实现过程
2.1新建运动仿真
依次点击“开始”-“运动仿真”，在导航器里选中仿真文件，右击“新建仿真”，如下图所示。
图21 新建仿真
2.2新建连杆
（1）选中“motion_1”右击“新建连杆”，如下图所示，依次创建连杆，其中L001为固定连杆，其他为活动连杆。
图22 新建连杆
（2）这里需要注意把大齿轮和与它相连的杆件作为一个连杆处理，如下图所示。
图23 创建连杆三
（3）总共创建了9个连杆，如下图所示。
图24 9个连杆
2.3新建运动副
（1）选中“motion_1”,右击选择“新建运动副”，选择“旋转副”，出现创建旋转副对话框，对小齿轮创建旋转副，并施加驱动。
图25 新建旋转副
图26 小齿轮的旋转副 图27 施加驱动（2）创建滑动副，如下图所示创建滑轮的滑动副，啮合连杆选择“L005”,创建后的滑动副如下图29所示。
图28 创建滑动副
图29 创建后的滑动副（3）依次创建大齿轮的旋转副，大齿轮机构与滑块的旋转副，四个小支撑的旋转副，创建后的旋转副如下图所示。
图30 创建后的运动副
2.4新建传动副
选中“motion_1”，右击选择“新建传动副”-“齿轮副”，进入新建齿轮副对话框，依次选中大小齿轮的旋转副，比率选择2/3，如图31所示，点击确定。
图31 新建齿轮副
图32 齿轮副效果图
2.5新建3D接触
选中“motion-1”，右击选择“新建连接器”-“3D接触”，进入对话框，依次选择大滑块与下侧的小转轮，如下图所示，点击应用。接着建立另一个3D接触。
图33 建立3D接触 至此所有的与运动相关的连杆，运动副，穿动副，连接器都已建完，如下图所示。
图34 运动导航器
2.6开始仿真
（1）选中“motion-1”,右击“新建解算方案”弹出解算方案对话框，时间选择10，步数100，点击确定，如下图所示。
图35 解算方案
（2）选中解算方案“solution-1”右击“求解”，点击“动画”按钮，弹出动画对话框，如图所示，即完成动画仿真。
图36 仿真运动中
三、餐具加工
1.问题描述
试加工如下图所示盘体，要求分三次加工。
图37 餐具实体图
2.实现过程
2.1整体粗加工
（1）进入加工环境：点击工具栏中的开始，在下拉菜单中选择加工。由于第一部是外轮廓加工，是型腔铣，所以类型为：mill-contour，名称可以自己定义，也可以默认。点击确定。在窗体左侧工序导航器中就会出现新的工序。
图38 创建新工序
（2）点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-contour，刀具子类型：，名称为了与其他区别，可以自己定义，此处定义为T1D14R1。点击确定，进入铣刀参数设置对话框，如上图所示，在工具中的尺寸中，设置直径为14，下半经为1，其它默认，点击确定。
图39 创建刀具 图40 刀具参数设置
（3）点击创建几何体，进入创建几何体对话框。类型：mill-contour，名称：MCS-1。点击确定，进入MCS创建对话框，机床坐标系：默认，安全设置，安全设置选项：平面，选择加工零件的上表面，安全距离：10，点击确定。
图41 创建几何体
图42 设置安全距离
（4）再次点选创建几何体，选择WORKPIECE，位置中的几何体选择刚才创建的坐标系MCS-1，名称：WORKPIECE_1，点击确定，进入工件参数设置对话框。
图43 创建工件
在几何体中的指定部件：点击“指定部件”，进入部件几何体对话框，在窗体中框选整个部件，如下图所示。
图44 指定部件
在几何体中的指定毛坯：点击“指定毛培”，进入毛坯几何体对话框，类型：包容快，限制：XM-6，XM+6，YM-6，YM+6，ZM-0.0，ZM+6，点击确定，返回到工件对话框。点击确定。
图45 指定毛培
（5）点击创建方法，进入创建方法对话框，类型;mill-contour,名称：MILL_METHOD。点击确定，进入铣削方法对话框，部件余量：2，其他默认。
图46 创建方法
（6）点击创建工序，进入创建工序对话框，类型选mill-contour，程序选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的刀具，几何体选择刚才创建的几何体，方法选择刚才创建的方法，名称：CAVITY_MILL_1。点击确定，进入型铣腔参数设置对话框，如下图所示。
图47 创建工序
（7）点击指定切削区域，进入切削区域对话框，几何体：框选整个零件，点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。
图48 指定切削区域
（8）刀轨设置中的，点击切削参数，进入切削参数对话框，策略中切削，切削顺序：选择深度优先。其它默认。点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。
图49 切削参数设定
（9）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，主轴速度：1000，其它默认。点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。
图50 进给率和速度
（10）在操作中点击生成，操作界面会变化，点击确认。进入刀轨可视化对话框。点选2D动态，会出现加工动画。
图51 生成刀轨
图52 2D加工
2.2外表面精加工
这里不需要创建新程序。
(1)创建刀具，点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-planar，刀具子类型：，名称定义T2D10R1。点击确定，进入铣刀参数设置对话框，在工具中的尺寸中，设置直径为10，下半经为1，其它默认，点击确定。
图53 创建刀具
（2）创建方法，如下图所示，部件余量选择0。
图54 创建方法
（3）点击创建工序，类型选mill-planar，位置处的程序选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的T2D10R1，几何体选择上部创建的几何体，方法选刚才创建的方法，名称：FLOOR_WALL_2，点击确定，进入到平面轮廓铣对话框。
图55 创建工序
（4）点击指定切削区底面，在弹出的对话框中选择上表面，如下图所示。
图56 指定切削区底面
（5）点击切削参数，进入切削参数对话框，设置切削方向：顺铣，切削顺序：深度优先，其它默认。
图57 切削参数设定
（6）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，设置主轴速度：1000，其它默认。点击确定，返回到平面轮廓铣对话框。
图58 设定主轴速度
（8）在操作中点击生成，再点击确认，进入刀轨可视化界面，选择2D状态，点击播放，结果如下图所示。
图59 生成刀轨
图60 2D仿真加工
2.3内表面精加工
这里仍然不需要创建新程序。
（1）创建刀具，点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-contour，刀具选择如下所示，名称定义T3D8R0。点击确定，进入到铣刀参数对话框，在工具中的尺寸中，设置直径为8，下半经为0，其它默认，点击确定。
图61 创建刀具
（2）创建方法，如下图所示，部件余量选择0。
图62 创建方法
（3）点击创建工序，进入创建方法对话框，类型mill-contour，工序子程序为深度加工轮廓。位置处的程序：选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的T3D8R0，几何体选择刚才第一部的几何体，方法选刚才创建的方法，名称：ZLEVEL_PROFILE_3。点击确定，进入到深度加工轮廓铣对话框。
图65 创建工序
图66 切削区域选择
（4）在刀轨设置里每刀的公共深度：残余深度。点击切削参数，进入到切削参数对话框，在策略的切削中切削方向：顺铣，切削顺序:深度优先。点击确定，返回到深度加工轮廓铣对话框。
图67 切削参数设定
（5）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，主轴速度改为1000，点击确定，返回到深度加工轮廓铣对话框。
（6）在操作中点击生成，在点击确认，进入到刀轨可视化对话框，选择2D，点击播放，结果如下图所示。
图68 生成的刀轨
图69 2D仿真加工
（7）至此所有工序都完成了，导航器里会出现如下文件。
体育仿真 篇3
摘要：传统体育馆售票方式无法使购票者在购票时实时感知座位的具体视角。本文提出一种解决思路，其基本思想是根据设计图纸提取场馆的拓扑结构和几何信息，并对场馆三维建模，虚拟仿真体育馆内部场景，再使用OpenGL库函数将模型导入系统来实现场景旋转、转换和购票等人机交互操作。为使用户在购票时更好地感受逼真的三维视角效果，运用画法几何中射线和三角形求交算法解决三维仿真交互中座位定位等问题。
关键词：虚拟仿真；OpenGL；三维建模；画法几何
中图分类号：TP391.9文献标识码：A
Abstract：The traditional way of ticketselling can not make buyers perceive the concrete perspective of the seat in real time when buying tickets. In this paper， we propose a solution， the basic idea is according to the design drawings， extracting the topology and geometry information of the stadium， and accomplishing threedimensional modeling of venues， virtually simulating the inner scene of the gym， then using OpenGL graphics library to import external model into the system to achieve scene rotation，conversion， ticketing and other manmachine interaction. In order to allow users to feel vivid 3D perspective better when buying tickets， we use ray and triangle intersection algorithm based on descriptive geometry to solve the problems of threedimensional simulation and interaction in seat positioning.
Key words：virtual simulation； OpenGL； Threedimensional modeling； descriptive geometry
1引言
传统购票方式，人们只能根据不同票的价格来判断看台座位的基本情况，无法感知所购座位的具体视角。其实同一票价的座位，其视角可能有很大的差别，而且不同的球迷有自己特有的喜好。因此，对于体育馆来说，如何根据用户心理需求，设计一个具有高度仿真体验的购票系统，以提高运营效率和服务质量显得尤为重要[1]。通过采用虚拟仿真技术和三维建模技术对体育场馆进行建模，构建3D虚拟仿真体育馆，使购票者购票时就能提前预览每个座位的真实视野范围，身临其境地感受和体验到所选座位的视角，充分调动广大球迷观看球赛和表演的欲望，提高门票的销售率，帮助体育馆运营商高效管理体育赛事。
2体育馆场景模型的构造
我们知道，建立场景模型要对实际场景进行抽象仿真，尽可能地符合真实情况。因此我们利用3Dmax根据设计图纸构造体育场馆的场景模型，再处理模型的光照和纹理映射对场景进行渲染[2]。建模数据来自场地、座位、区域、视角等，空间形态的参数主要有座位的三维坐标、二维场景平面，法向量等，场景中的物体基本上由简单几何体构成，接下来以某地体育场馆为实例进行设计说明。
2.1构建场地
根据体育馆的设计图纸构建模型，按一定的比例（此比例根据实际需求设定，可进行缩放）在场景中设计边线、端线、中线、三分投篮区、限制区、罚球线、罚球区等球场参数，均由平面构成，另设置材质、纹理信息。3Dmax中包含绘图编辑命令和修改命令以及点、线、面图例，通过图形元素来建立模型的场地模块。
2.2构建座位
在该场景中，座位主要分东、西、南、北四个区域，每个区域占三排，每排14个座位均匀排列，座位由小方格表示，共164个。由于实际需要，根据座位离中心点的距离对座位进行分类，每区前两排中间5个位置为视觉享受模式的座位、其余由座位的物理位置分为并排、尽量集中、价格便宜模式，后期用OpenGL的颜色渲染函数标记座位的售出、待售、未售三种不同的状态。
2.3构建区域
本体育场馆划分为四个区域，东西和南北两个区域分别对称，因此购票者在查看座位视角时，系统会根据中心对称原理拣选座位，其中对称位置的视角是一致的。
2.4构建视角
建模的目的主要是为了实现座位三维视角的实时查看，在切换过程中，每个座位会呈现不同的观测视角，该功能主要由OpenGL交互函数实现。在后期建模中要解决座位拣选问题，所以在3Dmax中要初步设计出座位的二维平面视角。如图1是在3Dmax中从场地、座位、区域、视角等方面对体育馆进行仿真后的模型场景图。3三维几何建模
利用3Dmax对虚拟场景建模，将体育场馆的几何信息和拓扑结构数值化，并定义实体模型的数据结构，以便在读取模型文件时组织和封装虚拟场景[3]。建模时应注意合理的拓扑结构能有效建立场景模型，优化空间数据，使用三维数据结构描述场馆时，要符合场馆的空间几何特点，才能准确表达出真实场景的几何形状。
通常在结构体中定义数据模型的点、面、材质、光源、颜色信息，用来保存从3DS文件中读取的数据。本系统的各结构体定义如下[4-5]：
4基于OpenGL的外部场景模型导入与重绘
在3Dmax中对体育场馆完成场景建模后，把文件以3DS格式导出，使用OpenGL函数库中相应函数文件导入系统[6]。
4.1场景模型的导入
为了读取和重绘3DS文件，需定义名为3DSload的类，在导入过程中，通过3DSload类中递归函数的组合，将3DS文件中的数据全部读出并存储在自定义的数据格式中。这三个递归函数如下：
//读取3DS文件
M3DSObject*Load3DSObject（char*filename）；
//3DS模型重绘函数
void Draw3DSObject（M3DSObject*object）；
//3DS模型归一化函数，将3DS模型归一化，即将模型平移到原点，并缩放到每个坐标均在[-1，1]的立方体中
void Unitize3DSObject（M3DSObject*object）；
4.2场景模型的重绘
导入3DS文件后，3D虚拟体育馆模型的所有信息都保存在自定义的数据结构中，通过OpenGL函数调用这些数据，便可重新绘制体育馆三维模型，这样避免了大量绘制体育馆三维实景图像占用资源的问题，为设计和部署带来方便。
1）计算法向量
构造三维模型时法向量非常重要，与光照模型紧密相关，处理不当就会对三维模型的重现造成影响。通过自定义函数CalculateVertexNormals（）计算对象的法向量，在函数中遍历对象的所有面和顶点，并通过规范化后将法向量添加到法向量列表中。重绘场景模型时，把列表中的每个数据元素传递给OpenGL函数OutGLAddVertex（）来设置顶点的法向量。
2）绘制场景
OpenGL函数从存储了场景数据的数据结构中获取信息，以一定的绘制模式将模型重绘出来[7]。主要步骤包括：1）读入形体的数据结构；2）读入浮点型的颜色三元组；3）3DS模型重绘。
3）实现交互功能
系统要求与场景进行交互，除了对话框和菜单栏之外，大多通过鼠标来实现，OpenGL函数可实现交互功能[8]。将之前生成的3DS文件类导入三维模型，使用模型图的平移函数glTranslatef（）和旋转函数glRotatef（）实现平移、缩放、旋转等人机交互控制。
当用户在虚拟体育馆视图界面上用鼠标点击某个座位时，如果有函数响应鼠标的操作，则实时计算顶点坐标并生成该座位的三维视角，执行对场景的重绘。
5画法几何思想解决模型的座位定位
为了使用户购票时能够体验座位的三维可视化视角，本文运用画法几何中射线和三角形求交算法解决三维仿真交互中座位定位等问题。具体是：（1）3Dmax模型的读取；（2）3Dmax模型的OpenGL操作，比如旋转、缩放等；（3）3Dmax模型的定位。本文中主要涉及座位定位，射线和三角形求交算法应用情况如下：
图2是OpenGL中的坐标拣选[9]，即从屏幕二维坐标到三维坐标的变换，利用近景点和远景点定位一条射线，如图3所示，近景点P和远景点P′构成了OPP′射线，利用这条射线和OpenGL模型中的每一个三角形相交确定三角形属于哪个座位，则屏幕上选择的就是这个座位。设空间平面方程为：
N·P+D=0（1）
这里是向量的点乘，N是平面的法向量，P是平面上的任意一点，D表示原点到平面的距离。
O是原点，x和y就是在这个坐标系下的坐标， 且对空间中的任意点，在此坐标系中的坐标都是唯一的。
取三角形的某个顶点作为仿射坐标系的原点，由此延伸出的两条边作为坐标轴的单位向量，则对于平面内的任意一点，通过其坐标数值就可判断点和三角形之间的关系。假设坐标是u、v，则在第一象限的点满足u>0、v>0，点在三角形内部则满足u+v≤1，由这个原理就可判定点是否在三角形内部。
具体计算方式：
三角形的三个顶点分别是P1，P2，P3，同平面的点P0，两个边向量就是 U=P2-P1，V=P3-P1，此坐标系内的坐标为：
P′0=P0-P1（6）
解这个方程就可以获得到仿射坐标系下的坐标：
P′0=u×U+v×V（7）
根据u，v判断交点是不是在三角形内。
6验证分析
为验证建模方法和定位算法的有效性，分别从两个参考指标进行测试评估：
1）虚拟仿真体育馆模型与实际场景在形态特征上是否相似。在实验中通过与实地的对比勘查可得：构建的虚拟体育馆与实际图纸及空间相似度为83%，误差来源于对纹理材质细节的粗糙处理。
2）运用定位算法形成的三维视角与实际观测的视角范围是否有较大的相关性。将在虚拟体育馆的四个区域随机获取的座位仿真视角数据，与实测数据利用统计分析软件SPSS进行相关性分析，结构表明两者间的相关系数较高，且南北方向座位比东西方向高，分别为0.90和0.85，说明模拟仿真具有一定精度。
7小结
本文将OpenGL图形函数库与三维几何建模相结合，设计3D虚拟仿真体育馆购票系统，提出一种能实现可视化实时预览场馆座位三维视角的方法，与现有的体育馆售票系统对接，使用户足不出户就能身临其境地选择座位，进一步激发人们去现场观看比赛的热情和欲望。但是，如何更有效地部署和优化体育场馆三维空间模型及座位定位算法，提高虚拟仿真精确度，是一个值得深入思考的方向。
参考文献
[1]张涛，姚俊锋，杨献勇.基于Web 3D的体育馆展示并售票系统的研究[J].计算机仿真.2006，23（9）：236.
[2]徐岚.三维虚拟场景建模技术[J].湖北第二师范学院学报.2009，26（2）：74-75.
[3]禇维翠.基于OpenGL的室内体育馆虚拟系统的研究与实现[D].合肥：安徽大学，2011：6-7.
[4]安葳鹏，蔡治邦.煤矿虚拟巷道三维几何建模的研究[J].微计算机信息，2010，26（8-1）：224-225.
[5]侯湘.虚拟现实技术中的三维建模方法研究[D].重庆：重庆大学，2006：18-19.
[6]吴斌，段海波，薛凤武译.OpenGL编程权威指南[M].北京：中国电力出版社，2001.
[7]江早.OpenGL VC/VB图形编程[M].北京：科学出版社，2001.
[8]周长发.计算机图形学几何工具算法详解[M].北京：电子工业出版社.2005.
体育仿真 篇4
随着科学技术的进步, 计算机的快速发展, 计算机仿真技术也在不断提高, 用计算机仿真技术来模拟自然灾害的发生, 对在疏散的过程中出现的各种问题进行分析、研究是正当可行的。
计算机仿真是对参与系统控制的人的思维的过程和行为进行动态性比较逼真的模拟。在某一过程中, 用一系列有目的的计算机仿真实验来刻画系统的特征, 得出数量指标。
1 目前高校体育馆内的状况
我们在建立仿真系统时, 必须要考虑高校体育馆的实际情况。体育馆容量大, 可以容纳大量的观众, 也存在着大量的座椅。在面对突发而来的灾害时, 通道场口的狭小、大量的桌椅、学生的众多都可以成为人员在逃生时所遇到的种种阻力。
在有些地区极易发生的灾害是地震, 而在有些地区高校不仅容易遭受地震的危害, 也极易发生火灾和极少发生的恐怖袭击。通常在这些灾害发生时, 会造成人群混乱。而在进行人员疏散时, 由于出场口的狭小拥挤会发生人员践踏的情况, 造成人员伤亡。这些事故的发生, 都是由于学生的意识思维、行为方式产生的。
我们可以先假设某一高校体育馆占地面积为6000平方米, 比赛大厅为40×50, 学生的比赛场地为22×42, 共有座椅3000个, 可以进行活动的座椅有480个, 而学校的体育馆只有东西两个门。
假设在有疏导的情况下学生逃生, 需要穿过的通道为100米, 假设每个人穿过座椅最长时间为3分钟, 那么每个人需要逃离的时间是4分钟左右, 每个通道口人员之间疏散所间隔的时间只是1秒至5秒之间。
学生在没有疏散引导的情况下, 大部分都朝距离自己最近的门口冲去, 从而造成门口拥挤等情况。由于学生的求生欲望强烈, 会造成相互挤攘的情况, 极易形成学生互相践踏造成伤亡事故, 而他们所逃离的时间需要9min左右, 他们之间所间隔的时间是20s~30s。
上述可以证明, 有计划的疏导学生逃离是具有较大生存机会的。但是, 在仿真疏散中, 高校体育馆疏散的困难主要有:1) 在高校体育馆中, 体育馆的占地面积大, 学生所需要逃离的道路是比较长的;2) 在路径长的体育馆中, 学生疏散到体育馆场口也需要很长的时间;3) 高校体育馆内, 学生数量众多。导致学生在疏散的过程中, 在逃生意识的促使下, 容易造成人员践踏等混乱情况;4) 在某些高校内, 体育馆出口少, 有的仅仅可能只是两个出口, 而在面对着大量的学生, 会使矛盾不断出现;5) 在体育馆的过道中, 靠近出口的过道在面对学生逃离时, 是学生逃离的最主要的方向, 由于面积的限制, 没有领导者有计划的疏散, 容易造成拥挤和践踏事故。
2 学生在疏散情况下的行为
一般在发生紧急事故的情况下, 学生的行为无非这样几种情况:
1) 在发生灾害时, 有部分学生会发挥自己的聪明才智, 发挥自己领导者的力量, 帮助他人进行疏散, 也会进行有计划的疏散行为;
2) 有的学生则是没有面对过紧急情况的发生, 在面对着紧急灾害时, 通常会表现得很慌张与害怕, 然后采取不理智的行动;
3) 有的学生则是会找寻自己的亲人和朋友, 营救他们;或者也为了自己的贵重财产而返回体育馆场内;
4) 在学生疏散的情况下, 会出现盲目跟从的情况, 认为人多的地方, 就是更安全的地方, 然后人群常常出现聚拢等行为。
3 计算机仿真的几种形式
1) 宏观模拟形式
它的主要意思是将每个人看成一个整体, 他们的行为都是相同的。在构造宏观模拟情况下, 这种模拟形式简单, 理论基础上是容易的。但是在这种模式情况下, 有一定的不科学性。每个人都有自己独特的行为方式, 在发生紧急情况下, 每个人的行为是很难统一到一起的。这种模拟形式的实践是很容易发生混乱的情况。
2) 微观模拟形式
它的主要表现形式是将每个人都看成是一个独立存在的个体。将他们的行为方式、思维模式都描述出来。微观模拟形式要表达出来是非常复杂的, 对于计算机计算能力的水平也要得到相应提高。在体育馆中, 存在的学生量是非常大的。在进行微观模拟的情况下, 需要对千百个学生进行不同方式的模拟。他们所表达的行为方式的变化是连续不断的, 因此, 面对着如此高的计算能力, 计算机仿真技术还没有达到, 造成微观模拟方式在目前还是仅限于科学研究中, 暂时还不能投入使用。
3) 还有一种模拟形式是介于宏观模拟形式和微观模拟形式之间, 分别对整体和个体进行有计划的策划。
4 对仿真疏散的建议
4.1 在高校体育馆疏散中注意的情况
1) 在发生紧急情况下, 要防止学生因为慌乱而在过道内不断拥挤、推攘;
2) 学生在疏散的过程中, 应该要保证馆内的疏散标志和馆内的紧急广播能够保持正常畅通运作;
3) 对于体育馆内出现的一些特殊学生, 应该要让专门的同学护送他们出门, 保证他们的生命安全;
4) 体育馆内, 应该区分学生的疏散通道与救援人员通道, 避免在混乱的情况下发生不必要的冲突。
4.2 高校对计算机仿真技术的需要
计算机仿真技术与传统的实物实验相比, 具有运行费用低、方便灵活以及无风险等优点。随着计算机应用技术与网络技术的发展, 计算机仿真技术也在不断发展。将计算机仿真技术运用到实际生活中是至关重要的。
频繁发生的灾害使师生、学校遭受到巨大的伤害, 而对于灾害的发生, 师生的种种慌乱的行为都让情况更加混乱。
面对着可靠、准确的运算结果, 仿真技术的逼真都会对师生产生积极的影响, 从而减少因慌乱而造成的不必要的状况。
5 高校对计算机仿真技术的展望
从上面的论述中可以得知高校对于计算机仿真技术的迫切希望, 而计算机仿真技术中存在的问题也需要解决。
微观模拟形式是最好的仿真, 但是由于需要大量的计算能力, 对于这一问题, 首先解决的是计算机计算能力, 采用计算性好的计算机语言编写仿真系统, 对于在模拟高校人员疏散中有着重要的意义。
人员疏散是一个非常复杂的问题, 要考虑到种种突发情况。要想能够准确、合理地模拟出体育馆人员疏散的情况, 是一项浩大的工程, 这就需要科技人员对计算机仿真技术进行更加准确的研究, 能够让它们在体育馆里得到实际广泛的应用。
6 结论
高校体育馆人群疏散计算机仿真技术中还存在着显而易见的缺陷, 但是随着科学技术的进步, 科技人员对仿真技术的研究, 计算机仿真技术能够准确实际地运用到现实中是可行的。
安全疏散就是科学疏散。本文中利用计算机仿真技术模拟比较发现, 对学生进行有目的疏散的时间比无目的疏散用的时间减少了许多, 而在正确的疏散情况下, 可以减少人员的恐慌, 伤亡人数也可以相应减少。
在保持着疏散标志和紧急广播的正常运行情况下, 信息发布的数量就可以增多。信息发散得及时人群疏散的效率就会提高, 人员得到安全的数量就会增多。
由于疏散情况中的不确定性和复杂性, 以及人群的心理思维都会导致他们行为方式的混乱, 因此需要计算机仿真技术能够结合实际情况解决实际问题。
从上文中的论述可以看出高校体育馆人群疏散计算机仿真技术中还存在着显而易见的缺陷, 但是随着科学技术的进步, 科技人员对仿真技术的研究, 计算机仿真技术一定能得到完善并更广泛地应用到生产生活之中。
摘要：学校常常是人群密集的地方, 也是在发生灾害的情况下, 受伤密度最高的地方。因此, 为了减少学生的受伤密度, 必须要进行强健而又有力的措施。随着计算机仿真技术的发展, 计算机可以模拟出各种灾害, 以及学生在疏散的过程中遇到的各种阻力。本文在针对学生疏散、计算机仿真的分析研究情况下, 做出预案以及评价。
关键词：计算机仿真技术,疏散,高校体育馆
参考文献
[1]马俊宏.高校体育馆人员疏散仿真研究[J].山西电子技术, 2010 (15) :8-11.
[2]王爱莎, 彭伟.突发事件下某教室的人员疏散研究[J].中国安全生产科学技术, 2012 (8) :163-166.