起重機虛擬操作系統(tǒng)開發(fā)理論與實踐

第1章緒論001

1.1起重機械簡介001

1.1.1起重機械的基本類型001

1.1.2起重機的基本參數(shù)001

1.1.3起重機司機的培訓(xùn)教育與考核004

1.1.4塔式起重機安全操作考核實例005

1.2起重機虛擬操作系統(tǒng)008

1.2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)008

1.2.2虛擬操作系統(tǒng)009

1.2.3起重機操作系統(tǒng)開發(fā)背景010

1.2.4起重機虛擬操作系統(tǒng)的先進性011

1.3起重機虛擬操作系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢011

1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀011

1.3.2國外研究現(xiàn)狀013

1.3.3國內(nèi)外發(fā)展趨勢014

1.4起重機虛擬操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)簡介014

1.4.1起重機動態(tài)特性及其在虛擬操作系統(tǒng)中的實現(xiàn)014

1.4.2三維實體模型建模技術(shù)015

1.4.3三維虛擬視景仿真技術(shù)016

1.4.4三維實體模型的碰撞檢測及碰撞響應(yīng)016

第2章起重機的結(jié)構(gòu)特點及安全操作規(guī)程017

2.1橋門式起重機的結(jié)構(gòu)及安全操作規(guī)程017

2.1.1橋門式起重機的金屬結(jié)構(gòu)017

2.1.2橋門式起重機運行機構(gòu)019

2.1.3橋門式起重機安全操作規(guī)程019

2.2塔式起重機的結(jié)構(gòu)特點及安全操作規(guī)程021

2.2.1塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)021

2.2.2塔式起重機運行機構(gòu)023

2.2.3塔式起重機安全操作規(guī)程024

2.3岸邊集裝箱起重機的結(jié)構(gòu)特點及安全操作規(guī)程025

2.3.1岸邊集裝箱起重機的金屬結(jié)構(gòu)025

2.3.2岸邊集裝箱起重機運行機構(gòu)026

2.3.3岸邊集裝箱起重機安全操作規(guī)程027

第3章起重機動力學(xué)模型及動態(tài)特性分析030

3.1橋式起重機動力學(xué)模型及動態(tài)特性分析030

3.1.1橋式起重機非線性動力學(xué)模型030

3.1.2橋式起重機實驗臺及非線性化模型驗證033

3.1.3橋式起重機線性化模型及動態(tài)特性分析034

3.2塔式起重機動力學(xué)模型及動態(tài)特性分析035

3.2.1塔式起重機非線性動力學(xué)模型035

3.2.2塔式起重機實驗臺及非線性化模型驗證038

3.2.3塔式起重機線性化模型及動態(tài)特性分析040

3.3起重機貨物擺動誤差分析041

3.3.1模型線性化引起的貨物擺動誤差分析041

3.3.2慣性力引起的貨物擺動大幅值估計043

3.3.3忽略起升運動引起的貨物擺動誤差分析044

3.4操作環(huán)境不確定性對起重機貨物擺動特性的影響046

3.4.1起吊偏擺引起的貨物擺動046

3.4.2風(fēng)載荷對貨物擺動的影響046

3.4.3空氣阻力對貨物擺動的影響048

3.5門式起重機動力學(xué)模型及動態(tài)特性分析048

3.5.1門式起重機非線性動力學(xué)模型048

3.5.2門式起重機線性化模型及動態(tài)特性分析049

第4章岸邊集裝箱起重機虛擬操作系統(tǒng)總體設(shè)計051

4.1岸邊集裝箱起重機操作過程分析051

4.1.1岸邊集裝箱起重機運行機構(gòu)分析051

4.1.2岸邊集裝箱起重機裝卸船作業(yè)過程分析052

4.2岸邊集裝箱起重機虛擬操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計054

4.2.1虛擬操作系統(tǒng)功能要求分析055

4.2.2虛擬操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成056

4.2.3虛擬操作系統(tǒng)操作流程057

4.3岸邊集裝箱起重機虛擬操作系統(tǒng)開發(fā)的軟、硬件平臺057

4.3.1系統(tǒng)開發(fā)軟件057

4.3.2系統(tǒng)開發(fā)硬件059

4.4岸邊集裝箱起重機虛擬操作系統(tǒng)開發(fā)流程060

4.4.1開發(fā)流程簡介060

4.4.2開發(fā)流程分析060

第5章塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)總體設(shè)計064

5.1塔式起重機操作過程分析064

5.1.1塔式起重機工作過程064

5.1.2塔式起重機操作模式066

5.2塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)的功能要求067

5.3塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)068

5.3.1塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)068

5.3.2塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)的操作流程069

5.4塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)開發(fā)流程069

5.4.1系統(tǒng)開發(fā)軟、硬件平臺070

5.4.2開發(fā)流程簡介071

第6章岸邊集裝箱起重機虛擬操作系統(tǒng)三維實體建模理論與技術(shù)074

6.1建模軟件Multigen Creator簡介074

6.2基于Multigen Creator軟件的建模理論與技術(shù)074

6.2.1常用建模技巧075

6.2.2多自由度DOF建模技術(shù)077

6.2.3模型優(yōu)化技術(shù)077

6.3岸邊集裝箱起重機三維實體模型的創(chuàng)建078

6.3.1岸邊集裝箱起重機主體結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)078

6.3.2岸邊集裝箱起重機層次結(jié)構(gòu)特點分析081

6.3.3創(chuàng)建岸邊集裝箱起重機幾何模型082

6.3.4創(chuàng)建岸邊集裝箱起重機模型自由度節(jié)點085

6.3.5創(chuàng)建吊裝設(shè)備幾何模型085

6.4岸邊集裝箱起重機虛擬場景模型的創(chuàng)建086

6.4.1建模數(shù)據(jù)采集086

6.4.2虛擬場景模型創(chuàng)建087

第7章塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)三維實體建模理論與技術(shù)090

7.1虛擬操作系統(tǒng)三維實體建模準備工作090

7.1.1數(shù)據(jù)采集090

7.1.2數(shù)據(jù)處理091

7.2塔式起重機三維實體模型的創(chuàng)建093

7.2.1塔式起重機的結(jié)構(gòu)分析093

7.2.2塔式起重機建模方案094

7.2.3塔式起重機三維實體模型的創(chuàng)建094

7.3塔式起重機虛擬場景模型的創(chuàng)建096

7.3.1虛擬場景建模方案096

7.3.2建筑物模型097

7.3.3樹木模型098

7.3.4山體模型099

7.3.5地面、路面模型100

7.4用于系統(tǒng)建模的高級建模技術(shù)101

7.4.1多層次LOD建模技術(shù)101

7.4.2多自由度DOF建模技術(shù)101

7.4.3紋理映射技術(shù)102

7.4.4公告牌技術(shù)102

7.5模型數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)103

7.5.1調(diào)整數(shù)據(jù)庫層次結(jié)構(gòu)103

7.5.2實例化技術(shù)103

7.5.3減少多邊形數(shù)量104

7.5.4外部引用技術(shù)104

7.6虛擬場景建模過程中遇到的問題及解決方案105

7.6.1藍邊問題及解決方案105

7.6.2面閃爍問題及解決方案105

7.6.3模型在場景中自由漂移問題及解決方案106

第8章岸邊集裝箱起重機虛擬操作系統(tǒng)三維虛擬視景仿真技術(shù)109

8.1Vega軟件簡介109

8.1.1Lynx圖形界面109

8.1.2Vega的API函數(shù)110

8.1.3Vega應(yīng)用程序111

8.2Vega驅(qū)動技術(shù)112

8.2.1Vega應(yīng)用程序的執(zhí)行流程112

8.2.2Vega應(yīng)用程序的初始化113

8.2.3Vega應(yīng)用程序的編譯114

8.3岸邊集裝箱起重機機構(gòu)運動的實現(xiàn)114

8.3.1大車機構(gòu)和小車機構(gòu)運動的實現(xiàn)114

8.3.2起升機構(gòu)運動的實現(xiàn)115

8.3.3駕駛室內(nèi)外多視點的設(shè)定115

8.3.4集裝箱抓取和就位動作的實現(xiàn)117

8.4集卡運動的實現(xiàn)117

8.4.1集卡路徑規(guī)劃和導(dǎo)航技術(shù)117

8.4.2集卡運動的實現(xiàn)118

8.5虛擬人行走119

8.5.1虛擬人行走技術(shù)119

8.5.2虛擬人行走的實現(xiàn)119

8.6動態(tài)海洋仿真120

8.6.1基于Vega Marine模塊仿真動態(tài)海洋技術(shù)120

8.6.2動態(tài)海洋的實現(xiàn)121

第9章塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)三維虛擬視景仿真技術(shù)123

9.1塔式起重機虛擬操作系統(tǒng)模型驅(qū)動123

9.1.1虛擬場景三維模型驅(qū)動123

9.1.2塔式起重機三維模型驅(qū)動125

9.2塔式起重機機構(gòu)運動的實現(xiàn)128

9.2.1塔式起重機聯(lián)動臺的布局128

9.2.2起升運動的實現(xiàn)129

9.2.3變幅運動的實現(xiàn)130

9.2.4回轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)131

9.2.5同時起升和回轉(zhuǎn)運動的實現(xiàn)131

9.2.6同時起升和變幅運動的實現(xiàn)132

9.3貨物擺動的實現(xiàn)133

9.3.1貨物擺動特性的簡單描述133

9.3.2貨物擺動的實現(xiàn)技術(shù)及技巧134

9.4特殊效果的渲染135

9.4.1云層效果的實現(xiàn)136

9.4.2晝夜交替效果的實現(xiàn)137

9.4.3大霧效果的實現(xiàn)138

第10章三維實體模型的碰撞檢測及碰撞響應(yīng)141

10.1基于Vega的碰撞檢測原理與技術(shù)141

10.1.1碰撞檢測原理141

10.1.2相交矢量方法142

10.2碰撞檢測分析142

10.3碰撞檢測和碰撞響應(yīng)的實現(xiàn)143

10.3.1吊具的碰撞檢測144

10.3.2貨物的碰撞檢測145

10.3.3碰撞響應(yīng)146

第11章虛擬操作系統(tǒng)應(yīng)用程序發(fā)布及系統(tǒng)測試方法148

11.1應(yīng)用程序發(fā)布148

11.2系統(tǒng)測試方法148

11.3系統(tǒng)性能分析150

參考文獻1512100433B

本書以起重機虛擬操作系統(tǒng)的開發(fā)為例，介紹視景系統(tǒng)的建模理論和技術(shù)，以及模型驅(qū)動理論和技術(shù)。全書主要包括三部分：第一部分系統(tǒng)地介紹了起重機的結(jié)構(gòu)特點和安全操作規(guī)范，重點分析了起重機的動力學(xué)特性和貨物的擺動特性；第二部分重點敘述了構(gòu)建起重機和工作場景三維實體模型的理論和技術(shù)，實現(xiàn)起重機機構(gòu)運動和場景變換的模型驅(qū)動、碰撞檢測及碰撞響應(yīng)的理論和技術(shù)，以及提高虛擬操作系統(tǒng)的真實感和運行速度的方法和技巧；第三部分介紹了虛擬操作系統(tǒng)應(yīng)用程序發(fā)布和系統(tǒng)測試的方法。

本書可供高等院校、科研機構(gòu)等從事機械工程、自動化和計算機應(yīng)用等專業(yè)的師生和研究人員及相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考使用。

《水利工程虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)與實踐》(作者崔巍)共有8章，詳細介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本理論，系統(tǒng)闡述了水利工程虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)的基本流程、技術(shù)方法，論述了地形建模、地物建模和水流模擬等方面的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合引渤濟錫長距離輸水工程，詳細闡述了其虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程，重點研究了大規(guī)模三維地形地物模型構(gòu)建、大地形調(diào)度管理、實時交互與信息管理等關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)方法。

《水利工程虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)與實踐》對從事數(shù)字流域、水信息學(xué)、虛擬仿真等專業(yè)的科技人員具有較高的實用價值，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生閱讀參考。

《水利工程虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)與實踐》(作者崔巍)的編寫，旨在論述水利工程虛擬仿真的作用和意義，介紹相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，闡述系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)方法，研究關(guān)鍵問題的實現(xiàn)途徑，從而起到促進水利工程虛擬技術(shù)的推廣應(yīng)用，為相關(guān)人員技術(shù)水平的提高提供支撐的作用。

前言

第1章 緒論

1．1 水利工程虛擬仿真技術(shù)概述

1．2 水利工程虛擬仿真的作用和意義

1．3 虛擬仿真技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用

1．4 存在的問題

1．5 本書研究主要內(nèi)容

參考文獻

第2章 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

2．1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

2．2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程

2．3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

2．4 虛擬現(xiàn)實與相關(guān)技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別

2．5 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成與分類

2．6 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究狀況

2．7 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

2．8 虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)

2．9 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展方向

參考文獻

第3章 水利工程虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

3．1 虛擬仿真系統(tǒng)框架

3．2 虛擬場景顯示技術(shù)

3．3 虛擬場景建模技術(shù)

3．4 虛擬場景建模關(guān)鍵技術(shù)

3．5 水流水環(huán)境模擬技術(shù)

3．6 虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)軟件

參考文獻

第4章 引渤濟錫工程及其三維地形建模

4．1 引渤濟錫工程規(guī)劃概況

4．2 三維地形建模流程

4．3 三維地形建模規(guī)劃

4．4 源數(shù)據(jù)的準備與加工

4．5 三維地形建模

4．6 關(guān)鍵技術(shù)問題

參考文獻

第5章 引渤濟錫工程三維地物建模與優(yōu)化

5．1 Geator軟件與openFlight格式

5．2 引渤濟錫調(diào)水工程三維地物模型構(gòu)建

5．3 建模優(yōu)化策略

參考文獻

第6章 引渤濟錫工程信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)

6．1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)比選

6．2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

6．3 基于ADO的數(shù)據(jù)庫程序開發(fā)

參考文獻

第7章 引渤濟錫工程虛擬仿真系統(tǒng)集成

7．1 Vega平臺及程序框架

7．2 大地形調(diào)度管理與實時渲染

7．3 基于Lynx與Vega APl的實時交互功能開發(fā)

7．4 基于MFc框架的vega程序開發(fā)

7．5 系統(tǒng)功能與重點場景展示

參考文獻

第8章 總結(jié)與展望

8．1 總結(jié)

8．2 展望

附錄

附錄A fst文件格式轉(zhuǎn)換方法

附錄B 實時交互功能部分代碼

B．1 實時定義路徑導(dǎo)航

B．2 雙通道配置及變比例尺導(dǎo)航

B．3 三維空間點擊查詢

《起重機械虛擬仿真計算與分析》內(nèi)容簡介：虛擬仿真技術(shù)是隨著計算機的興起而發(fā)展起來的一種針對產(chǎn)品設(shè)計和測試評估的新技術(shù)。起重機械虛擬仿真是以起重機械的動力學(xué)、運動學(xué)模型為核心，以其他相關(guān)模型為補充，利用多領(lǐng)域建模工具和仿真技術(shù)，對起重機械運行狀態(tài)進行仿真計算與分析，以了解起重機械運行的動力學(xué)特性?！镀鹬貦C械虛擬仿真計算與分析》上篇簡單介紹了虛擬仿真技術(shù)的形成、發(fā)展、應(yīng)用范圍以及虛擬仿真技術(shù)的動力學(xué)理論基礎(chǔ)；中篇系統(tǒng)介紹了用于起重機械結(jié)構(gòu)強度分析的有限元基本理論、常用的有限元單元以及其在動力學(xué)分析中的應(yīng)用和動力學(xué)方程的求解方法；下篇系統(tǒng)介紹了虛擬仿真技術(shù)在不同類型起重機械結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用實例，包括門式雙梁、L型門式、雙梁橋式、門座式等4類起重機械虛擬仿真建模、虛擬仿真計算以及結(jié)構(gòu)強度計算等。

《起重機械虛擬仿真計算與分析》可供從事起重機械設(shè)計、分析、檢測等工作的科技人員閱讀，也可供機械設(shè)計及自動化、工程機械、固體力學(xué)、土木工程、物流機械等專業(yè)的高年級學(xué)生、研究生、教學(xué)、科研人員和有關(guān)工程技術(shù)人員參考。