农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置制造方法及图纸

一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置，该方法包括如下步骤：试验模型加载步骤；虚拟试验步骤；虚拟试验评价步骤。其中，该试验模型加载步骤包括：建立虚拟现实场景模型步骤；建立农业装备虚拟现实模型步骤；农业装备汇入虚拟现实场景步骤。本发明专利技术还提供了一种农业装备虚拟样机生成方法及装置。本发明专利技术的方法及装置不受季节、场地、时间和次数的限制，可对虚拟试验过程进行回放、再现和重复，不仅可以作为真实试验的前期准备，还可以在一定程度上替代传统的试验，从而大幅度减少样机制造试验次数，缩短新产品试验周期，同时降低实际试验费用，并且可以实现设计者、产品用户在设计阶段信息的互相反馈。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟现实技术，特别是一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置，以及一种农业装备虚拟样机生成方法及装置。
技术介绍
现代农业装备制造业是我国装备制造业中一个十分重要的行业，直接为农业、农村、农民服务，为农业现代化提供机械装备。现代农业装备的发展水平直接影响我国农业部门的技术水平和经济效益。在现代农业生产中大量地运用农业装备，是提高农业机械化水平、提高农业生产率和农产品商品化率、保证粮食生产安全性和提高农民收入的最直接、最有效的途径。现代农业装备的开发、设计、制造和使用，离不开大量的科学试验。长期以来，面对农业装备品种多、使用条件复杂、对产品性能、寿命、成本等方面要求高，影响产品质量的因素多等状况，在农业装备研发的同时要伴随着大量而繁杂的试验工作。而要建立必要的试验场地、使用大量的各种试验仪器设备、投入大量的试验费用、配备庞大的实验队伍、花费大量的试验时间已经不能适应当前对产品上市周期日益缩短的要求。随着试验理论和技术的快速发展，试验手段的不断完善，尤其微电子技术、计算机技术、仿真技术和传感器技术的飞速发展，促进了试验工作的高度自动化，传统仪器已经不能很好地满足现代农业装备试验需要，而虚拟试验技术的发展为现代农业装备试验测试系统的设计和开发提供了新的思路和新平台。近年来，随着虚拟现实技术的不断发展，建立具有沉浸感的设计试验系统已经成为新的发展趋势。申请号为“200410089063”，名称为“一种虚拟样机的仿真方法”的中国专利技术专利申请，公开了一种虚拟样机的仿真方法，但该方法仅能实现虚拟样机安装过程的运动仿真，而无法实现设计者与产品用户在设计阶段信息的互相反馈，因而无法使设计者全方位吸收、采纳产品用户对新产品的意见和建议。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种不受季节、场地、时间和次数的限制，并可对虚拟试验过程进行回放、再现和重复的农业装备的虚拟样机在虚拟场景中的运动仿真与控制方法及装置，以及基于其的农业装备虚拟样机的生成方法及装置。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，包括如下步骤试验模型加载步骤，包括建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤包括试验地块数据采集，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数， 生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据，得到所需的虚拟场景。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述加载地形纹理数据包括在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理；或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理；或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立虚拟现实场景模型步骤还包括添加地形特征，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立农业装备虚拟现实模型步骤包括建立农业装备三维模型，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述建立农业装备整机虚拟现实模型包括将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需三维零部件模型；对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述虚拟试验步骤包括对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，对所述农业装备进行动力学仿真包括对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力；对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据；在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述虚拟试验步骤还包括在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。上述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其中，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其中，包括试验模型加载模块，包括建立虚拟现实场景模型单元，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型单元，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景单元，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；虚拟试验模块，与所述试验模型加载模块连接，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；虚拟试验评价模块，与所述虚拟试验模块连接，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：试验模型加载步骤，包括：建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。

【技术特征摘要】
1.一种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，包括如下步骤 试验模型加载步骤，包括建立虚拟现实场景模型步骤，根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型步骤，建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景步骤，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；虚拟试验步骤，在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；虚拟试验评价步骤，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。2.如权利要求1所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述建立虚拟现实场景模型步骤包括试验地块数据采集，获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型，把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据，得到所需的虚拟场景。3.如权利要求2所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述加载地形纹理数据包括在地形窗口的等高线比例尺中，为地形的不同海拔指定加载到纹理调板中的纹理； 或使用地形窗口中的Texture面板，为其指定带有地形坐标信息的地形纹理； 或使用间接纹理，先将地形多边形的颜色、纹理和材质属性对应到一个图案上，再将该图案映射到地形模型上。4.如权利要求2所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述建立虚拟现实场景模型步骤还包括添加地形特征，将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。5.如权利要求4所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。6.如权利要求1所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述建立农业装备虚拟现实模型步骤包括建立农业装备三维模型，对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型，根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。7.如权利要求6所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述建立农业装备整机虚拟现实模型包括将所述建立农业装备三维模型步骤得到的三维零部件模型转换成三维零部件模型文件；将所述三维零部件模型文件导入三维建模软件，导出为所需三维零部件模型； 对所述所需三维零部件模型进行装配，形成整机模型；将所述整机模型的各个运动部件置于不同的动态节点下，赋以相应的运动模式。8.如权利要求6所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述虚拟试验步骤包括对农业装备进行动力学仿真，建立虚拟样机仿真平台，在所述虚拟样机仿真平台中导入所述整机虚拟现实模型，对所述农业装备进行运动仿真并获得仿真试验数据；读取所述仿真驱动平台后处理中导出的所述农业装备的测量曲线的文本文件，实现该农业装备整机虚拟现实模型在虚拟场景中的试验再现、多角度漫游和/或交互式控制。9.如权利要求8所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 对所述农业装备进行动力学仿真包括对所述建立农业装备三维模型步骤中确定的关键建模尺寸参数，在所述虚拟样机仿真平台中定义相应的设计变量；根据建立的所述农业装备关键建模尺寸、运动参数及作业过程的受力方程，考虑各种路面条件，确定所述农业装备作业过程受到的驱动力以及阻力； 对所述农业装备进行运动仿真，获得仿真试验数据； 在所述虚拟样机仿真平台后处理窗口打开测量曲线并导出。10.如权利要求8所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于， 所述虚拟试验步骤还包括在应用程序中定义左、右通道，分别对应左、右双目视场，所述左右通道在窗口重合，实现桌面式沉浸系统下的所述农业装备在虚拟场景中的立体显示。11.如权利要求1 10中任意一项所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制方法，其特征在于，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。12.—种农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，包括 试验模型加载模块，包括建立虚拟现实场景模型单元，用于根据试验地块的海拔高度及地表特征数据生成所述试验地块的数字地形模型，将所述数字地形模型转换为所述农业装备作业的虚拟现实场景模型；建立农业装备虚拟现实模型单元，用于建立所述农业装备的三维模型，并生成符合所述虚拟现实场景模型要求的农业装备整机虚拟现实模型；农业装备汇入虚拟现实场景单元，基于仿真驱动平台的图形环境用户界面，载入所述的虚拟现实场景模型及所述农业装备虚拟现实模型；虚拟试验模块，与所述试验模型加载模块连接，用于在所述虚拟现实场景模型中对所述三维模型进行运动仿真，运行所述农业装备虚拟现实模型并对其进行操控仿真；虚拟试验评价模块，与所述虚拟试验模块连接，利用虚拟仪表，对应所述农业装备虚拟试验的不同参数，实现所述虚拟现实场景中所述农业装备的运动状态参数的调用与显示并对其进行虚拟试验评价。13.如权利要求12所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型单元包括试验地块数据采集次单元，用于获取试验地块的地形海拔数据，将其转换成三维建模软件支持的文件；生成三维数字地形模型次单元，用于把转化得到所述文件导入到生成软件中，设定转换参数，生成三维数字地形模型；加载地形纹理数据次单元，用于得到所需的虚拟场景。14.如权利要求13所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述建立虚拟现实场景模型单元还包括添加地形特征次单元，用于将存储为矢量格式的地形特征数据转换为数字特征地形数据，并将所述数字特征地形数据导入地形模型数据库中。15.如权利要求14所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述地形特征包括道路、桥梁、地表建筑、自然景观和/或河流湖泊。16.如权利要求12所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述建立农业装备虚拟现实模型单元包括建立农业装备三维模型次单元，用于对所述农业装备进行抽象和简化，确定所述农业装备的关键建模尺寸参数，用三维制图软件建立该农业装备的各部件三维模型库；建立农业装备整机虚拟现实模型次单元，用于根据所述农业装备三维模型建立所述农业装备的整机虚拟现实模型，并将得到的该整机虚拟现实模型导出。17.如权利要求12 16中任意一项所述的农业装备在虚拟场景中的运动仿真与控制装置，其特征在于，所述农业装备为联合收获机、拖拉机或大型变量喷灌机。18.—种农业装...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨方飞，李树君，方宪法，闫楚良，张书明，刘克格，衣淑娟，许安祥，许仲祥，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院，固安嘉峰机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：11