塔式起重机因起升高、覆盖面广等特点现在已被广泛使用于建筑施工现场,但是,塔式起重机驾驶员的培训却划存在着很多问题,如安全性低、周期长、成本高等。而起重机的视景仿真由于具有安全性高、再现性好、可开发性强等优点,可以作为驾驶培训的一种重要工具。所以,近年来有关起重机的视景仿真系统的研究与开发也已经成为了一个重要发展方向。视景仿真建模和驱动是进行视景仿真开发最重要的工作,研究与开发塔式起重机的视景仿真系统,首先必须为驾驶员提供虚拟的驾驶环境,让驾驶员有很强的沉浸感。本文以塔式起重机及其周边环境为背景,以塔式起重机为研究对象,在复杂物体建模、虚拟场景设计、实时性优化和系统实现等方面展开了工作,开发出一个桌面级的视景仿真系统,成功实现了塔式起重机实时视景仿真。主要研究内容如下(1)在对视景仿真建模技术理论分析的基础上,结合塔式起重机的结构及建筑工地的特征,选择专业的视景仿真建模软件Multigen Creator,给出了场景建模实现方法,重点介绍了场景建模技术,并从场景结构优化和模型构建优化两方面,提出了基于软件Multigen Creator的三维虚拟场景建模优化技术,创建出塔式起重机的建筑工地及周边环境,增强了虚拟环境的逼真度,提高了系统的实时渲染和响应速度。(2)通过分析塔式起重机的运动特性,建立了塔式起重机的动力学模型,基于VC++编程平台,成功模拟了塔式起重机的起升运动、回转运动、变幅运动以及载荷的摆动情况,并利用时滞滤波理论消除载荷摆动,模拟无载荷摆动操作过程,增强了虚拟操作的真实感。最后,基于视景仿真驱动软件Vega的三维场景渲染技术,成功实现了系统的场景显示与实时漫游、模型驱动与实时控制、自然现象仿真等功能。(3)塔式起重机及货物在运动过程中会与场景发生碰撞,本文采用Vega软件自带的碰撞检测方法实现了对塔式起重机的碰撞检测,并通过编程实现了碰撞检测后的碰撞响应,限制了塔式起重机及货物在发生碰撞方向上的运动,解决了塔式起重机在运动过程中吊钩和货物穿越地面、墙壁的失真现象,体现了用户与虚拟场景的自然交互性。
