铁路救援起重机仿真培训系统事故场景编辑器的研究与开发

摘要

铁路是我国国民经济快速发展的大动脉，必须保证安全畅通。近几年来，中国铁路总公司从国内外引进大量的铁路救援起重机并建立多个救援基地，但是对于起重机驾驶人员的培训并非易事，传统的理论学习加实战演练方式存在着很大不足，这给国内铁路救援起重机驾驶人员的培训工作带来了相当大的挑战。
　　铁路救援起重机仿真培训系统作为虚拟仿真培训的一种重要体现方式，首先让学员身处与真实铁路救援起重机相同的驾驶室，其次，投影出逼真的三维虚拟铁路事故情景，使学员沉浸其中，然后，通过对传感器采集数据进行实时演算并加以反馈，与学员产生全方位的交互，最终，使其获得与真实情况相一致的操作体验。
　　由此可见，铁路事故虚拟场景作为铁路救援仿真培训系统的重要组成部分，其渲染的逼真细致程度高低直接关系到该仿真培训系统的最终效果。本文基于Unity3D引擎，使用C＃编程语言，结合铁路救援起重机仿真培训系统实际需求，完成了铁路事故场景编辑器的设计和实现，其为用户提供了良好的人机交互界面，最终可实现任意铁路事故场景的创建。
　　本文研究的主要内容与研究成果如下:
　　1.对铁路事故场景编辑器软件的实际需求进行了深入的挖掘，分析了其应具备的各个功能模块，以及各个模块的相互关联关系。
　　2.完成了铁路事故场景编辑器的各个基本功能模块的软件实现。
　　3.采用基于Voronoi图的刚体预破坏实现算法，在Unity3D平台下使用C＃进行了实现，并应用于铁路事故场景编辑器中，显著增加了事故场景的逼真程度。
　　4.开发救援方案设计与演示模块，该模块以动画的形式将设计的救援方案播放以检验其是否与事故环境存在冲突从而验证该培训课程中事故场景建模的真实合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 研究内容及意义

1．4 文章结构

第2章 铁路事故场景编辑器整体设计

2．1 铁路事故场景编辑器需求分析

2．2 系统的应用平台

2．2．1 软件平台

2．2．2 硬件平台

2．3 系统设计

2．3．1 层次模块化设计

2．3．2 系统过程描述

2．3．3 系统功能模块设计

2．3．4 环境编辑模块

2．3．5 场景物体编辑模块

2．3．6 用户界面模块

2．3．7 刚体破坏模块

2．4 本章小结

第3章 刚体破坏仿真研究

3．1 刚体破坏变形基础理论

3．2 破坏模拟方法研究

3．3 基于物理的模拟方法

3．4 基于几何分割的破坏模拟方法

3．4．1 模型预处理

3．4．2 碎片动态分组

3．4．3 碎片动力学模拟

3．5 本章小结

第4章 基于Voronoi图的刚体预破坏模式实现

4．1 算法主体框架

4．2 模型Voronoi图预处理

4．2．1 空间树划分

4．2．2 Voronoi种子点生成

4．2．3 多线程切分

4．2．4 拼接各个剖分平面

4．3 碰撞检测

4．4 碰撞反应

4．5 动力学模拟

4．6 本章小节

第5章 其他模块

5．1 数据传递

5．2 XML序列化

5．2．1 数据通信

5．3 救援方案设计

5．3．1 事故车辆救援方案设计

5．3．2 救援方案演示

5．4 本章小结

第6章 铁路事故场景编辑器使用描述

6．1 场景编辑

6．1．1 物体的选取操作

6．1．2 场景编辑

6．2 刚体破坏

6．2．1 Voronoi图预破坏

6．2．2 碰撞破坏

6．3 救援方案

6．3．1 救援方案的设计

6．3．2 救援方案的动画演示

6．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文及科研情况