一種基于游戲引擎模擬起重機吊索工作的方法技術

本發明專利技術公開了一種基于游戲引擎模擬起重機吊索工作的方法，包括步驟：a、吊索模擬相關參數離線編輯；b、動態構建主吊索和輔助吊索物理模型；c、對吊索幾何模型進行動態渲染進而實現起重機吊索工作狀態的真實模擬。本發明專利技術公開的模擬起重機吊索工作的方法既能實現起重機吊索工作狀態的真實模擬，而且能滿足對起重機司機操作的實時反應，并且具有較強的可擴展性，使用方便。本發明專利技術基于游戲引擎Unity3D，該平臺采用了最先進的圖形技術，集成了目前使用最廣泛的物理引擎PhysX，并且成本較低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機圖形和計算機物理動畫領域，具體是指ー種基于游戲引擎模擬起重機吊索工作的方法。
技術介紹
起重機吊索是起重機工作時最重要的工具，其運動特性分析和描述一直是起重機仿真乃至起重機設計中的難題。在起重機仿真培訓系統研究中，真實的模擬起重機吊索的工作狀態對培訓系統能否發揮真實、高效地培訓起重機操作人員的功能起著至關重要的作用。對于仿真培訓系統中起重機吊索工作的模擬具有嚴格的要求，不但要求模擬具有真實性，能夠完全模擬起重機吊索的真實工作狀況，而且要求模擬具有實時性和交互性，模 擬能夠實時響應司機對虛擬起重機的操作過程。同時，仿真培訓系統要滿足虛擬現實系統的沉浸性要求，使司機在操作起重機駕駛模擬器時有操作真機的感覺。起重機吊索工作通常的模擬方法是將吊索簡化為單擺或雙擺結構，然后對其進行動力學分析，建立動力學方程進行求解，結合求解結果利用圖形底層API (Direct3D或OpenGL)或者圖形引擎(Vega、0GRE、0SG)等進行顯示完成起重機吊索工作的模擬。這種方法的優點是成本低，實現簡單，有很多成熟的實現案例可以參考。但是這種方法擴展性不好，在編制完成后腰擴展新的功能要重新修改程序和算法，而且由于模型本身限制無法完成柔性吊索的模擬，同時要實現高質量的圖形渲染效果很難，系統真實感和沉浸性不能滿足要求。起重機吊索工作的另ー種模擬方法是使用專門的動力學仿真引擎(如Vortex)，這種引擎能夠模擬起重機吊索工作的各種特性，而且有較詳細的文檔資料和技術支持。但是這種引擎在原先是屬于西方對我國的禁運品，直到最近幾年才解禁，但是售價高昂，一般企業無カ承擔。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供，該模擬方法既能實現起重機吊索工作狀態的真實模擬，而且能滿足對起重機司機操作的實時反應，并且具有較強的可擴展性，使用方便。本方法基于游戲引擎Unity3D，該平臺采用了最先進的圖形技術，集成了目前使用最廣泛的物理引擎PhysX。本專利技術為解決技術問題主要通過以下技術方案實現，其特征在于，包括以下步驟 a、吊索模擬相關參數離線編輯； b、主吊索和輔助吊索物理模型動態構建； C、吊索幾何模型動態渲染。所述步驟a的具體過程為al、材質參數編輯根據彈性力學理論，針對不同類型、不同規格的吊索編輯相應的材質參數，建立起與實際材質的聯系，所述材質參數包括拉伸剛度、扭轉剛度和彎曲剛度；a2、幾何參數編輯針對不同類型、不同規格的吊索的模擬要求和對模型精細度的要求編輯相應的幾何參數，所述幾何參數包括吊索橫截面半徑、吊索橫截面細分段數、吊索元長度、輔助吊索總長度以及輔助吊索元段數； a3、圖形顯示參數編輯針對不同類型、不同規格的吊索的模擬要求編輯相應的圖形顯示參數，所述圖形顯示參數包括吊索紋理材質、吊鉤模型、吊鉤模型相關參數； a4、物理模擬參數編輯針對不同項目對模擬速度、真實度和特效的要求編輯相應的物理模擬參數，所述物理模擬參數包括運動阻尼系數、迭代次數、碰撞檢測模式、吊索斷裂特效，所述吊索斷裂特效包括位置、失效極限。所述步驟b的具體過程為 bl、主吊索物理模型動態構建利用基于剛體的集中元模型構建主吊索物理模型，根據吊索工作過程上升或下降的控制命令，動態地増加或刪除吊索元剛體、約束鉸鏈、碰撞體，結合已生成的吊索元構建主吊索的物理模型； b2、輔助吊索物理模型動態構建利用基于剛體的集中元模型構建輔助吊索物理模型，根據加載負載控制命令，在吊鉤和負載固定點之間動態地生成對應數目的吊索元剛體，カロ載約束鉸鏈和碰撞體，構成輔助吊索物理模型，或根據釋放負載的命令，動態地銷毀吊索元剛體、約束鉸鏈和碰撞體，銷毀輔助吊索物理模型。所述步驟c的具體過程為根據步驟a設置的相關編輯參數，利用b步驟生成的吊索物理模型所提供的吊索元的位姿，所述位姿包括位置和方向，動態地生成吊索元端面邊緣頂點坐標，然后利用生成的頂點坐標信息填充Mesh所需要的三角形頂點坐標數組和紋理坐標頂點數組，實現吊索幾何模型動態渲染。本專利技術與現有技術相比具有以下優點和有益效果 (I)本專利技術既能實現起重機吊索工作狀態的真實模擬，而且能滿足對起重機司機操作的實時反應，并且具有較強的可擴展性，使用方便。(2)本專利技術基于的平臺采用了最先進的圖形技術，集成了目前使用最廣泛的物理弓丨擎PhysX，并且成本較低。附圖說明圖I為本專利技術的主流程示意 圖2為本專利技術的吊索模擬相關參數離線編輯的流程示意 圖3為本專利技術的主吊索和輔助吊索物理模型動態構建的流程示意圖。具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本專利技術作進ー步的詳細說明，但本專利技術的實施方式不僅限于此。實施例 本專利技術涉及的模擬方法主要用于實現對起重機吊索工作狀態的真實模擬，其包含的步驟為對吊索模擬相關參數離線編輯，動態構建主吊索和輔助吊索的物理模型，根據吊索模擬的相關參數和構建的吊索物理模型對吊索幾何模型進行動態渲染，從而完成起重機吊索工作狀態的真實模擬。具體地說，如圖I所示，本專利技術涉及的方法主要由三個步驟構成，依次為吊索模擬相關參數離線編輯；動態構建主吊索和輔助吊索的物理模型；對吊索幾何模型進行動態渲染，進而實現起重機吊索工作狀態的真實模擬。其中 如圖2所示，吊索模擬相關參數離線編輯的具體過程1、根據彈性力學理論，針對不同類型、不同規格的吊索編輯相應的材質參數，如拉伸剛度、扭轉剛度、彎曲剛度，建立起與實際材質的聯系；2、針對不同類型、不同規格的吊索的模擬要求和對模型精細度的要求編輯相應的幾何參數，如吊索橫截面半徑、吊索橫截面細分段數、吊索元長度、輔助吊索總長度，輔助吊索元段數；3、針對不同類型、不同規格的吊索的模擬要求編輯相應的圖形顯示參數，如吊索紋理材質，吊鉤模型，吊鉤模型相關參數；4、針對不同項目對模擬速度、真實度和特效的要求編輯相應的物理模擬參數，如運動阻尼系數，迭代次數，碰撞檢測模式，吊索斷裂特效(如位置，失效極限等)。 如圖3所示，動態構建主吊索和輔助吊索的物理模型的具體過程1、利用基于剛體的集中元模型構建主吊索物理模型，根據吊索工作過程上升或下降的控制命令，動態地増加或刪除吊索元剛體、約束鉸鏈、碰撞體，結合已生成的吊索元構建主吊索的物理模型；2、利用基于剛體的集中元模型構建輔助吊索物理模型，根據加載負載控制命令，在吊鉤和負載固定點之間動態地生成對應數目的吊索元剛體，加載約束鉸鏈和碰撞體，構成輔助吊索物理模型，或根據釋放負載的命令，動態地銷毀吊索元剛體、約束鉸鏈和碰撞體，銷毀輔助吊索物理模型。吊索幾何模型動態渲染的具體過程根據吊索模擬相關參數離線編輯過程設置的相關編輯參數，利用動態構建主吊索和輔助吊索的物理模型過程生成的吊索物理模型所提供的吊索元的位姿，位姿包括位置和方向，動態地生成吊索元端面邊緣頂點坐標，然后利用生成的頂點坐標信息填充Mesh所需要的三角形頂點坐標數組和紋理坐標頂點數組，實現吊索幾何模型動態渲染。如上所述，便可較好地實現本專利技術。權利要求1.，其特征在于，包括以下步驟 a、吊索模擬相關參數離線編輯； b、主吊索和輔助吊索物理模型動態構建； C、吊索幾何模型動態渲染。2.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述步驟a的具體過程為 al、材質參數編輯根據彈性力學理論，針對不本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于游戲引擎模擬起重機吊索工作的方法，其特征在于，包括以下步驟：a、吊索模擬相關參數離線編輯；b、主吊索和輔助吊索物理模型動態構建；c、吊索幾何模型動態渲染。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬輝，朱金陵，徐建君，
申請(專利權)人：成都運達科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：