履带车辆六自由度仿真方法技术

技术编号:9794643 阅读:172 留言:0更新日期:2014-03-21 19:36
本发明专利技术公开了一种履带车辆六自由度仿真方法。步骤为:首先通过三维建模软件预先对三维地形网格及履带车辆进行三维建模;然后将履带车辆上部形状简化为一个BOX刚体对象,将车辆的履带简化为多个车轮;根据地形的三角面,车轮与地形接触点的位置,实时确定每个车轮的高度;采用六球体碰撞检测法,求得履带车辆上部刚体平面的倾斜角;最后给出车辆上部刚体的位置、姿态公式,确定履带车辆的位移、航向角。本发明专利技术可用于坦克、挖掘机、推土机等履带车辆设备的六自由度仿真,具有运算量小、仿真方法简单、仿真效果逼真等优点,适用于工程机械、军用装甲车辆等模拟训练产品,以及产品演示验证、宣传推广等领域,具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机仿真
,特别是一种。
技术介绍
履带车辆,如坦克,履带式挖掘机,履带式推土机等设备可以在三维仿真系统中进行基本动作的重现,但是对于履带车辆而言,车辆的起伏状态是完全由当前履带所接触到的地形所确定的,因此不能通过将履带车辆当成轮式车辆来进行处理。履带车辆行走系统是由履带和若干负重轮组成,地形的起伏导致履带和负重轮的上下高地不相同,进而使得履带车辆的起伏角度不同。在三维环境中,地面是由一些列的网格构成,计算机通过点和点的索引来构成三角面,进而构成了 一个整体的网格。对于大型的地面来说使用精细的地形来进行物理的碰撞检测是一种通用可行的方法。但是在实际使用过程中,因为硬件运行效率的限制,均通过网格的三角面来进行碰撞检测,从而完成碰撞响应的操作,会导致系统整体的运行效果下降。网格变化之后,所有的网格均需要重新计算才能再次进行物理碰撞检测操作。这种方法耗时较长、对硬件要求较高,对于实时性较强的应用来说是不能满足的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、高效的,以模拟履带车辆在地形网格上的运动。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种,步骤如下:第I步,地形三维建模:通过三维造型软件对三维地形进行建模,设置地形网格之间的距离、以及地形材质和颜色,同时为地形添加凸网格碰撞系统;第2步,履带车辆三维建模:通过三维造型软件对履带车辆的履带、车体的实际尺寸及形状进行建模,同时为履带车辆整体添加立方体刚体碰撞器;第3步,履带车辆简化方法:将履带车辆上部形状简化为一个BOX刚体对象,将履带车辆的履带简化为多个车轮;第4步,确定地形碰撞检测点:根据地形的三角面,确定履带车轮与地形接触点的碰撞;第5步,碰撞检测点简化方法:采用六个碰撞检测点确定履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角;第6步,确定履带车辆运动的位置、姿态:根据履带车辆的速度和时间确定履带车辆的位移、航向角,根据第5步履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角确定履带车辆的俯仰角和滚转角。本专利技术与现有技术相比,其显著优点是:(1)采用六球体简化履带运动的仿真建模方法,解决了履带车辆随三维地形起伏运动的问题;(2)通过六球体高度变化建立履带车辆上部倾斜角的模型,解决了履带车辆的姿态建模问题;(3)为履带车辆模拟训练产品中的车辆运动仿真提供了简单、高效、逼真的仿真方法。【附图说明】图1是本专利技术地形网格的建模效果图。图2是本专利技术方法中履带车辆上部刚体对象的简化示意图,其中(a)为水平履带车辆的简化,(b)为倾斜履带车辆的简化。图3是本专利技术方法中(a)四个检测点和(b)六个检测点包围球的示意图。图4是本专利技术方法中履带车辆前部设置采样点的效果示意图。图5是本专利技术方法中履带车辆中部设置采样点的效果示意图。图6是本专利技术方法中履带车辆后部设置采样点的效果示意图。图7是本专利技术方法中通过六球体采样点模拟履带车辆滚转角的示意图。图8是本专利技术方法中通过六球体采样点模拟履带车辆俯仰角的示意图。【具体实施方式】下面结合附图及具体实施例,对本专利技术作出进一步详细说明。结合附图1?8,本专利技术的,包括以下步骤:第I步,地形三维建模:通过三维造型软件例如3D Max对三维地形进行建模,设置地形网格之间的距离、以及地形材质和颜色,同时为地形添加凸网格碰撞系统,使地形能与履带车辆进行碰撞检测,避免车辆由于重力原因而穿透地形;所述地形网格之间距离为50mm,网格过宽,容易造成仿真逼真度不够;网格间距过小,则会增加仿真运算量,从而降低仿真刷新频率,地形网格的效果如图1。第2步,履带车辆三维建模:通过三维造型软件3D Max对履带车辆的履带、车体(上部)的实际尺寸及形状进行建模,同时为履带车辆整体添加立方体刚体碰撞器,从而使车辆能与地形进行碰撞检测。第3步,履带车辆简化方法:将履带车辆上部形状简化为一个BOX刚体对象,将履带车辆的履带简化为多个车轮。所述履带车辆简化方法,具体包括以下步骤:(3.1)履带车辆上部形状简化方法:履带车辆的上部形状不会影响到车辆的运动状态,因此履带车辆的上部形状在三维空间中简化为一个BOX刚体对象,该BOX刚体对象使用预设值的包围盒方式,包围盒紧密包围物体,履带车辆上部刚体对象的简化效果如图2所示。(3.2)履带车辆的履带简化方法:将车辆的每个履带简化为多个车轮,车轮半径均相等,每个履带至少简化为3个车轮;(3.3)车轮的位置变化导致上部BOX刚体对象的位置发生相应变化,因此上部BOX刚体对象表示整个履带车辆的倾斜情况;(3.4)设置车轮和BOX刚体对象的接触点,对于常规的车辆、汽车等轮式车辆,轮子和汽车接触点只有4个,依据(3.2),履带车辆的接触点至少为6个。第4步,确定地形碰撞检测点:根据地形的三角面,仅需要计算当前车轮与地形接触点的碰撞,并将此碰撞转化为车轮的上下移动即可,确定履带车轮与地形接触点的碰撞具体包括以下步骤:(4.1)将车轮的位置转化到地形网格的局部坐标系中,转换公式为:MPi=Pi^M其中,Pi是第i个车轮的世界坐标点,MPi是第i个车辆在地形网格的局部坐标点,M是转化矩阵;(4.2)根据地形网格局部坐标系中车轮周边网格点的高度位置,确定车轮的接触点位置,公式为:Api= (pl+p2+…pn)/n其中,pi是车轮周边网格点的坐标值,满足条件Ip1-MPi I <R,R是车轮的半径值,表示在车轮半径R范围内的所有点,Api为车轮半径R范围内所有点的均值,即车轮接触点的位置,Api的坐标为(xO, yO, zO);(4.3)根据车轮接触点的坐标,确定车轮与上部BOX刚体对象接触点的坐标为(xO, yO, zO+2R)。第5步,碰撞检测点简化方法:采用六个碰撞检测点确定履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角;对于履带车辆,履带和车辆的碰撞点有很多个,对所有碰撞点进行计算将耗费大量资源,因此需要对碰撞点进行简化处理,对于一般轮式车辆使用4个碰撞点即可完成车轮与上部刚体运动的检测实现,而为了更好的处理履带车辆在凹凸起伏的路面的行进状态,可以加入更多的碰撞点,在此我们采用6个点的处理方式,如图3所示,具体包括以下步骤:(5.1)将每侧履带简化为3个车轮,可以检测到车体前部、中部、后部的起伏状态,从而引起上部BOX刚体对象的倾斜角度变化,如图4、图5、图6所示;(5.2)根据第4步获取的每个车轮与上部BOX刚体接触点的坐标,从每侧3个车轮接触点中找出高度Z最大的两个接触点,再从这4个接触点中找出高度Z最大的3个接触占.(5.3)使用高度最大的 3 个接触点坐标 A(xl, yl, zl)、B(x2, y2, z3)、C(x3, y3, z3)确定车体所在平面的法向量,方法如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种履带车辆六自由度仿真方法,其特征在于,步骤如下:第1步,地形三维建模:通过三维造型软件对三维地形进行建模,设置地形网格之间的距离、以及地形材质和颜色,同时为地形添加凸网格碰撞系统;第2步,履带车辆三维建模:通过三维造型软件对履带车辆的履带、车体的实际尺寸及形状进行建模,同时为履带车辆整体添加立方体刚体碰撞器;第3步,履带车辆简化方法:将履带车辆上部形状简化为一个BOX刚体对象,将履带车辆的履带简化为多个车轮;第4步,确定地形碰撞检测点:根据地形的三角面,确定履带车轮与地形接触点的碰撞;第5步,碰撞检测点简化方法:采用六个碰撞检测点确定履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角;第6步,确定履带车辆运动的位置、姿态:根据履带车辆的速度和时间确定履带车辆的位移、航向角,根据第5步履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角确定履带车辆的俯仰角和滚转角。

【技术特征摘要】
1.一种履带车辆六自由度仿真方法,其特征在于,步骤如下: 第I步,地形三维建模:通过三维造型软件对三维地形进行建模,设置地形网格之间的距离、以及地形材质和颜色,同时为地形添加凸网格碰撞系统; 第2步,履带车辆三维建模:通过三维造型软件对履带车辆的履带、车体的实际尺寸及形状进行建模,同时为履带车辆整体添加立方体刚体碰撞器; 第3步,履带车辆简化方法:将履带车辆上部形状简化为一个BOX刚体对象,将履带车辆的履带简化为多个车轮; 第4步,确定地形碰撞检测点:根据地形的三角面,确定履带车轮与地形接触点的碰撞; 第5步,碰撞检测点简化方法:采用六个碰撞检测点确定履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角; 第6步,确定履带车辆运动的位置、姿态:根据履带车辆的速度和时间确定履带车辆的位移、航向角,根据第5步履带车辆上部BOX刚体平面的倾斜角确定履带车辆的俯仰角和滚转角。2.根据权利要求1所述的履带车辆六自由度仿真方法,其特征在于,第I步所述地形网格之间距离为50mm。3.根据权利要求1所述的履带车辆六自由度仿真方法,其特征在于,第3步所述履带车辆简化方法,具体包括以下步骤: (3.1)履带车辆上部形状简化方法:履带车辆的上部形状在三维空间中简化为一个BOX刚体对象,该BOX刚体对象使用预设值的包围盒方式,包围盒紧密包围物体; (3.2)履带车辆的履带简化方法:将车辆的每个履带简化为多个车轮,车轮半径均相等,每个履带至少简化为3个车轮; (3.3)车轮的位置变化导致上部BOX刚体对象的位置发生相应变化,因此上部BOX刚体对象表示整个履带车辆的倾斜情况; (3.4)设置车轮和BOX刚体对象的接触点,依据(3.2),履带车辆的接触点至少为六个。4.根据权利要求1所述的履带车辆六自由度仿真方法,其特征在于,第4步所述确定...

【专利技术属性】
技术研发人员:翟永翠韩海良蒋充剑杨治铎刘明皓
申请(专利权)人:中国船舶重工集团公司第七一六研究所
类型:发明
国别省市:

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