塔式起重机仿真训练系统的研究

摘要

塔式起重机作为建筑施工的主要运输机械在建筑业得到了广泛应用。基于VR技术的塔机仿真训练器将会提供新的培训方式，利于使培训工作规范化，现代化。 文中重点介绍了塔式起重机仿真训练系统的实现过程，本系统实现模拟各种环境和工况，可专门设置危险场景以训练驾驶员对危险情况的处理。该系统将虚拟现实技术应用到塔机驾驶训练中，不仅使操作培训更加安全、方便，而且培训周期短、费用低。 本文主要工作如下： 1.系统结构搭建。研究了虚拟现实技术的特点、结构、模式及相关技术，完成了塔机实际训练项目的仿真模拟，建立了训练机工作的基本框架。 2．参考起重机司机安全技术考核标准，在塔式起重机结构和性能分析的基础上，利用3DS Max软件建立虚拟场景和塔机模型，并将模型导入至Virtools软件中。 3．在国内首次运用Virtools软件开发了塔机仿真模拟器。 4．解决了系统实现过程中的若干个难题，如吊绳的视觉模拟、吊物的惯性模拟、吊物的更换等，使系统更加逼真地模拟现实。 5．成功实现塔机模型的手柄控制，对进一步完成硬件连接打下基础。

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北京建筑工程学院硕士学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1塔机使用现状分析

1.2塔机仿真训练器的研究意义

1.3国内外研究范例

1.2论文的组织结构

第二章虚拟现实技术

2.1虚拟现实含义

2.2虚拟现实特征

2.3虚拟现实技术发展简史

2.4虚拟现实关键技术

第三章塔机仿真训练器软硬件平台的确定

3.1虚拟现实系统的分类及选型

3.2仿真训练器软件开发平台的选择确定

3.2.1软件开发工具综述

3.2.2 3DS MAX和Virtools开发软件简介

3.3仿真训练器系统明细列表

第四章虚拟现实中的建模方法

4.1几何建模(Geometric Modeling)

4.1.1几何建模概要

4.1.2系统几何建模步骤

4.1.3 3DS Max模型向Virtools软件中的输出

4.2运动建模(Kinematic Modeling)

4.3物理建模(Physical Modeling)

4.4行为建模(Object Behavior)

4.5模型分割与管理

4.6建模的主要技术指标

4.7小结

第五章塔机行为模型和物理模型的实现

5.1模型开发概念解析

5.1.1 Virtools基本模块

5.1.2 Virtools行为图表(Behavior Graph)

5.1.3 Virtools行为引擎与渲染引擎简介

5.1.4 Virtools进程循环

5.1.5 Array数据列表

5.1.6特征管理器

5.1.7层次管理器

5.2系统开发的重点内容

5.2.1小车—吊物系统建模

5.2.2吊物惯性特征建模

5.2.3塔机行为控制功能的实现

5.2.4缆绳模型的建模实现

5.2.5碰撞检测功能的实现

5.2.6吊物更换功能的实现

5.2.7其它功能实现举例

第六章总结和展望

6.1全文总结

6.2研究的不足和建议

参考文献

致谢