【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及防洪及河流整治領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法。
技術(shù)介紹
1、石籠網(wǎng)兜作為一種高效的水利工程防洪搶險(xiǎn)物資，被廣泛應(yīng)用于河岸防護(hù)和加固、導(dǎo)流和引水工程、構(gòu)建生態(tài)防波堤等領(lǐng)域。通過填充石塊的網(wǎng)兜能夠有效地固定河岸邊緣，減少土壤流失，保護(hù)河岸免受洪水侵蝕，同時(shí)在構(gòu)建導(dǎo)水渠道和調(diào)整水流方向時(shí)，石籠網(wǎng)兜能夠有效管理水流向，保證水流在特定區(qū)域的穩(wěn)定和安全。此外，石籠網(wǎng)兜在海岸和河流中構(gòu)建防波堤時(shí)可以用作加固岸邊。
2、因此，有效且準(zhǔn)確地使用石籠網(wǎng)兜對(duì)于防洪搶險(xiǎn)和水土保持等工作的成功至關(guān)重要，然而石籠網(wǎng)兜拋投不僅需要操作者掌握石籠網(wǎng)兜裝填石塊技巧，同時(shí)為了保證石籠網(wǎng)兜吊起時(shí)候的穩(wěn)定性還需要對(duì)利用繩索對(duì)網(wǎng)兜的捆綁方式有準(zhǔn)確的把握，此外，對(duì)拋投的位置時(shí)機(jī)也應(yīng)該有很好地掌控，而對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)地拋投演練方法，盡管能夠提供一定程度的操作體驗(yàn)，但常常因其耗時(shí)長(zhǎng)、成本高并對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響而受限。
3、隨著技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)急演練領(lǐng)域開始采用虛擬應(yīng)急演練，通過在虛擬環(huán)境中構(gòu)建逼真的災(zāi)害場(chǎng)景，并模擬緊急救援操作，應(yīng)急人員可以有效提升實(shí)際操作中的響應(yīng)速度和效率。而在虛擬演練環(huán)境中構(gòu)建逼真的操作空間，涉及如剛體、障礙物的交互，以及石籠網(wǎng)兜、繩索等多種可變形物體的動(dòng)態(tài)模擬，這些物體的物理仿真建模對(duì)增強(qiáng)虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感和互動(dòng)性至關(guān)重要，對(duì)模擬技術(shù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性提出了更高要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述難題，本專利技術(shù)提供一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，包括以下步驟：
3、步驟s1：對(duì)水利工程建筑物實(shí)地調(diào)研收集地物數(shù)據(jù)信息，根據(jù)收集的地物數(shù)據(jù)信息利用三維建模軟件進(jìn)行地物的虛擬幾何模型構(gòu)建；
4、步驟s2：基于位置動(dòng)力學(xué)仿真框架pbd，對(duì)石籠網(wǎng)兜拋投過程進(jìn)行物理建模，采用粒子集合及多種約束，模擬石塊、繩索和石籠網(wǎng)兜的行為和形變；
5、步驟s3：基于ue5的編輯器構(gòu)建裝填石塊交互式處理模塊、捆綁石籠網(wǎng)兜交互式處理模塊和控制拋投交互式處理模塊，實(shí)現(xiàn)交互操作。
6、優(yōu)選的，在步驟s2中，具體包括以下步驟：
7、步驟s21：對(duì)石塊、繩索和石籠網(wǎng)兜三種物資的幾何模型進(jìn)行離散化為粒子集合，石塊通過直接散布采樣方法離散化，按面積將粒子均勻分布，得到石塊粒子集合；繩索通過粒子線性化分布方法離散化，得到繩索粒子集合；石籠網(wǎng)兜通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布方法離散化，粒子點(diǎn)布置在網(wǎng)格的相鄰公共邊上，得到石籠網(wǎng)兜粒子集合；
8、步驟s22：對(duì)步驟s21中得到的石塊粒子集合應(yīng)用碰撞約束，對(duì)繩索粒子集合應(yīng)用彎曲約束以及距離約束，對(duì)石籠網(wǎng)兜粒子集合應(yīng)用距離約束和形狀匹配約束的混合方案施加彈性形變，利用擴(kuò)展形狀匹配方案施加石籠網(wǎng)兜的塑性形變。
9、優(yōu)選的，在拋投的吊起階段，根據(jù)石籠網(wǎng)兜的結(jié)構(gòu)及繩索的作用位置，對(duì)石籠網(wǎng)兜采用多層次多區(qū)域建模方式；
10、多層次設(shè)計(jì)是基于石籠網(wǎng)兜由上下兩層鐵絲網(wǎng)片縫合而成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將吊起后的石籠網(wǎng)兜分為上層和下層；
11、多區(qū)域設(shè)計(jì)是基于繩索捆綁位置，將石籠網(wǎng)兜劃分為區(qū)域一、區(qū)域二和區(qū)域三三個(gè)區(qū)域。
12、優(yōu)選的，結(jié)合石籠網(wǎng)兜吊起時(shí)不同區(qū)域和層次的形變特點(diǎn)，具體處理方式如下：
13、對(duì)于上層的區(qū)域一和區(qū)域三，由于受繩索的拉力和自身重力作用發(fā)生彈性形變，利用距離約束和形狀匹配的彈性方案，以及碰撞約束來描述其形變特征；
14、對(duì)于上層的區(qū)域二，因不受力或只發(fā)生輕微形變，采用碰撞約束方式作為剛性處理；
15、對(duì)于下層的區(qū)域一、區(qū)域二和區(qū)域三，受繩索拉力和石塊的重力作用發(fā)生彈性和塑性形變，利用距離約束、形狀匹配約束的彈性形變和擴(kuò)展的塑性形變，以及碰撞約束描述形變特征。
16、優(yōu)選的，在步驟s2中，繩索的粒子間固定間隔設(shè)定為15cm，在虛幻引擎的粒子系統(tǒng)中使用高級(jí)著色語言編寫高性能計(jì)算著色器，并通過gpu進(jìn)行并行計(jì)算，完成物資的形變仿真建模；利用網(wǎng)格體渲染器渲染石塊，使用條帶渲染器渲染繩索和石籠網(wǎng)兜。
17、優(yōu)選的，在步驟s3的裝填石塊交互模塊中，用戶通過vr手柄的指針選擇并移動(dòng)虛擬環(huán)境中的石塊。系統(tǒng)提供石塊位置檢測(cè)功能，通過視覺反饋指示正確的放置位置，并利用聲音信號(hào)和手柄振動(dòng)的方式提供聽覺反饋與觸覺反饋，引導(dǎo)用戶正確地完成石塊放置過程；
18、捆綁石籠網(wǎng)兜交互模塊，用戶使用vr手柄抓取、拉伸和纏繞繩索，將繩索捆綁在石籠網(wǎng)兜上；通過碰撞檢測(cè)盒體和浮動(dòng)文本，系統(tǒng)提供正確的捆綁位置指示，并通過振動(dòng)反饋和聲音提示來引導(dǎo)用戶正確地完成捆綁石籠網(wǎng)兜過程；
19、控制拋投交互模塊，設(shè)計(jì)雙角色互動(dòng)模式，角色一負(fù)責(zé)吊車控制操作，角色二負(fù)責(zé)險(xiǎn)情觀察和指令發(fā)起；系統(tǒng)通過ai輔助實(shí)現(xiàn)角色間的協(xié)同合作，當(dāng)角色一選擇一個(gè)操作后角色二自動(dòng)切換為ai控制模式，單人完成整個(gè)虛擬演練模擬的整個(gè)流程。
20、因此，本專利技術(shù)采用上述一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，具備以下有益效果：
21、(1)本專利技術(shù)使用pbd來模擬石籠網(wǎng)兜拋投過程中的物理行為，包括石塊、繩索和石籠網(wǎng)兜的交互和動(dòng)態(tài)形變，提高仿真的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性；利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開發(fā)了一套交互式操作界面，允許用戶在虛擬環(huán)境中進(jìn)行石籠網(wǎng)兜的裝填、捆綁和拋投操作，增強(qiáng)了演練的沉浸感和實(shí)用性。
22、(2)本專利技術(shù)采用多層次多區(qū)域石籠網(wǎng)兜物理建模方法，能夠根據(jù)不同階段的操作需求和物理特性，特別是在石籠網(wǎng)兜裝填、吊起和拋投過程中的物理行為模擬，調(diào)整模擬精度和處理復(fù)雜度，有效捕捉不同操作階段的物體行為和形變。
23、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：在步驟S2中，具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：在拋投的吊起階段，根據(jù)石籠網(wǎng)兜的結(jié)構(gòu)及繩索的作用位置，對(duì)石籠網(wǎng)兜采用多層次多區(qū)域建模方式；
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：結(jié)合石籠網(wǎng)兜吊起時(shí)不同區(qū)域和層次的形變特點(diǎn)，具體處理方式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：在步驟S2中，繩索的粒子間固定間隔設(shè)定為15cm，在虛幻引擎的粒子系統(tǒng)中使用高級(jí)著色語言編寫高性能計(jì)算著色器，并通過GPU進(jìn)行并行計(jì)算，完成物資的形變仿真建模；利用網(wǎng)格體渲染器渲染石塊，使用條帶渲染器渲染繩索和石籠網(wǎng)兜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：在步驟S3的裝填石塊交互
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：在步驟s2中，具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：在拋投的吊起階段，根據(jù)石籠網(wǎng)兜的結(jié)構(gòu)及繩索的作用位置，對(duì)石籠網(wǎng)兜采用多層次多區(qū)域建模方式；
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種基于位置動(dòng)力學(xué)的石籠網(wǎng)兜拋投虛擬演練方法，其特征在于：結(jié)合石籠網(wǎng)兜吊起時(shí)不同區(qū)域和層次的形變特點(diǎn)，具體處理方式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉雪梅，仝曉陽，李海瑞，施文軍，劉俊國，由國文，陳曉楠，鄭佳琪，趙明勤，蓋沛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華北水利水電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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