引論：我們?yōu)槟砹?3篇三維仿真論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
通用三維仿真引擎的功能是達(dá)到圖形渲染、交互控制和網(wǎng)絡(luò)通信的目的。它是由資源管理、場(chǎng)景管理和動(dòng)畫系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)組成的。通用三維仿真引擎與邏輯操作無關(guān)，它主要是為了實(shí)現(xiàn)三維虛擬場(chǎng)景的重建和環(huán)境渲染。電力仿真系統(tǒng)與通用三維仿真引擎共同組成了一個(gè)完整的三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)要求
1仿真對(duì)象和電氣屬性的同步
在三維虛擬環(huán)境下，為了保證虛擬對(duì)象和行為的一致性，往往需要借助事件、屬性、對(duì)象的三位一體機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。電氣設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)是電力安全三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的主要對(duì)象，除了顏色、縮放比例等常見的屬性外，還需要對(duì)仿真對(duì)象的電氣閉合狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)等重要的屬性進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)。當(dāng)虛擬操作導(dǎo)致電氣設(shè)備的閉合狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，電氣設(shè)備的相關(guān)屬性就會(huì)發(fā)生變化，最終使得電氣設(shè)備的參數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)信息傳遞到設(shè)備管理器時(shí)，就可以重新計(jì)算電網(wǎng)的參數(shù)來更新事件的狀態(tài)。
2邏輯控制與復(fù)雜操作的對(duì)應(yīng)關(guān)系
電力安全三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的操作過程應(yīng)當(dāng)全面支持操作者的各種開放式操作行為。簡(jiǎn)單來講，虛擬的操作邏輯應(yīng)當(dāng)及時(shí)地判斷和反饋操作者的操作行為。開放式的操作控制邏輯與封閉式的操作控制邏輯相比，其應(yīng)變能力和復(fù)雜程度都大幅提高了，在這種操作控制邏輯下，用戶可以根據(jù)自己的操作習(xí)慣靈活操作，避免復(fù)雜的操作流程帶來一定的操作壓力。在錯(cuò)誤的操作下，操作系統(tǒng)也會(huì)及時(shí)給予警告或提示，這樣便可以更好地實(shí)現(xiàn)智能化培訓(xùn)的目的。
3大規(guī)模場(chǎng)景的情境渲染技術(shù)
由于電力安全培訓(xùn)的三維虛擬場(chǎng)景范圍比較大，需要仿真對(duì)象根據(jù)培訓(xùn)人員的操作產(chǎn)生動(dòng)態(tài)移動(dòng)，這就要求在具體的邏輯設(shè)計(jì)中，不能把全部的仿真對(duì)象放置在同一個(gè)渲染列表中，以免影響操作過程控制。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以將仿真對(duì)象分為可渲染對(duì)象和可移動(dòng)對(duì)象兩種。可渲染的仿真對(duì)象一般是指場(chǎng)景對(duì)象的模型數(shù)據(jù)，它只要求有顯示的功能，而可移動(dòng)仿真對(duì)象則需要能夠在三維坐標(biāo)中來回移動(dòng)。當(dāng)場(chǎng)景數(shù)量較大時(shí)，可以分別優(yōu)化處理靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。只更新動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的空間信息而忽略了靜態(tài)場(chǎng)景的空間信息，不僅能夠提高渲染速率，還可以有效地節(jié)約計(jì)算資源。
4三維交互模式的實(shí)現(xiàn)
三維交互模式的首要功能是當(dāng)用戶輕點(diǎn)三維場(chǎng)景中的某一個(gè)物體時(shí)，系統(tǒng)就可以快速地檢測(cè)到該信息的傳送情況，并快速反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)三維交互模式中的人機(jī)交互。三維物體是根據(jù)射線相交的原理實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊的位置發(fā)射一條平行于視線的射線與場(chǎng)景射線相交計(jì)算時(shí)，交點(diǎn)即該物體的位置標(biāo)識(shí)。常用的三角形檢測(cè)方式往往會(huì)占用較多的計(jì)算資源，影響定位速率。為了避免這種情況的發(fā)生，可以采取包圍球體的檢測(cè)方式與三角形檢測(cè)方式混合使用的方法，提高檢測(cè)速率。
三、三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用
根據(jù)上面的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)和主要問題分析，可以初步實(shí)現(xiàn)包含場(chǎng)景編輯器、邏輯編輯器、地圖編輯器在內(nèi)的三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。場(chǎng)景編輯器可以實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的構(gòu)建功能，邏輯編輯器可以將復(fù)雜的邏輯語言轉(zhuǎn)化為可視性的操作過程，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的響應(yīng)控制功能，而開發(fā)人員則可以通過地圖編輯器實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的布置功能，并且可以及時(shí)查看編輯結(jié)果。
篇2
2獎(jiǎng)學(xué)金額度
在全國(guó)高校評(píng)選出使用LMS Imagine.Lab AMESim一維仿真平臺(tái)和LMS Virtual.Lab三維仿真平臺(tái)進(jìn)行課題研究的優(yōu)秀在讀研究生各5名，給予每人5 000元的獎(jiǎng)學(xué)金資助.
3評(píng)定條件
（1）必須是國(guó)內(nèi)高校在校全日制研究生（包括碩士研究生和博士研究生），在讀期間的學(xué)年平均成績(jī)優(yōu)秀，無不及格科目.
（2）使用LMS Imagine.Lab AMESim一維仿真平臺(tái)或LMS Virtual.Lab三維仿真平臺(tái)進(jìn)行研究生畢業(yè)論文相關(guān)的課題研究，且課題內(nèi)容具有實(shí)際工程背景支持，最好結(jié)合實(shí)際橫向項(xiàng)目的合作課題.
（3）論文命題能推動(dòng)行業(yè)核心技術(shù)進(jìn)步或具有明顯創(chuàng)新研究?jī)r(jià)值.
（4）應(yīng)用領(lǐng)域包含但不限于汽車、航空航天、船舶、兵器、交通、能源、通信、電子、化工、工程機(jī)械、家用電器、輕工業(yè)、醫(yī)藥和IT等.
（5）論文完成后應(yīng)署名LMS高校獎(jiǎng)學(xué)金資助支持，并共享論文電子版.
（6）優(yōu)先考慮LMS Imagine.Lab AMESim或LMS Virtual.Lab軟件的高校正式用戶.
4申請(qǐng)流程
（1）對(duì)符合評(píng)審條件的申請(qǐng)人，根據(jù)申報(bào)項(xiàng)目填寫“LMS仿真解決方案高校獎(jiǎng)學(xué)金申請(qǐng)表”，并必須經(jīng)負(fù)責(zé)導(dǎo)師簽字確認(rèn)和學(xué)校認(rèn)可.
（2）LMS會(huì)盡快與申請(qǐng)人確認(rèn)，并根據(jù)書面資料組織評(píng)審.
（3）按照評(píng)審程序的規(guī)定公布評(píng)審結(jié)果并發(fā)放獎(jiǎng)學(xué)金.
5評(píng)審程序
（1）具體評(píng)定工作由LMS負(fù)責(zé)，組織LMS公司專業(yè)技術(shù)人員和行業(yè)專家組成動(dòng)態(tài)評(píng)定小組，進(jìn)行綜合評(píng)審.
（2）評(píng)審結(jié)果將在LMS官方網(wǎng)站公布，并于每年的LMS用戶大會(huì)統(tǒng)一發(fā)放該獎(jiǎng)學(xué)金.2013年LMS用戶大會(huì)將于6月24-25日在青島舉行.
（3）針對(duì)碩士研究生和博士研究生的論文差異進(jìn)行適度把握，原則上碩士5篇、博士5篇，但暫不做硬性區(qū)分，即名額之間可適度調(diào)劑.
（4）對(duì)所有入選的在讀學(xué)生，LMS將采用租或借等形式給予最新版本LMS Imagine.Lab AMESim或LMS Virtual.Lab軟件的友情贊助支持，并歡迎獲獎(jiǎng)?wù)弋厴I(yè)后加入LMS公司.
6申請(qǐng)截止時(shí)間
篇3
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篇4
1 引言
《汽車設(shè)計(jì)》是車輛(汽車)工程專業(yè)或方向的一門專業(yè)核心課程，也是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程。該課程任務(wù)是使學(xué)生學(xué)會(huì)分析和評(píng)價(jià)汽車及其各總成的結(jié)構(gòu)和性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及有關(guān)參數(shù)，并學(xué)到一些汽車主要零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法和總體設(shè)計(jì)的一般方法，為從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。然而《汽車設(shè)計(jì)》課程因?yàn)樯婕皟?nèi)容廣泛、概念眾多、公式量大，因此采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)需求的發(fā)展[1]。目前我校汽車設(shè)計(jì)課程在教學(xué)中存在教學(xué)過于理論化，學(xué)生對(duì)于其理論知識(shí)的學(xué)習(xí)深度不夠，知識(shí)難以接受理解。實(shí)踐教學(xué)相對(duì)理論教學(xué)滯后，因此有必要對(duì)課程教學(xué)方法進(jìn)行改革。
2教學(xué)方法改革
2.1多媒體演示教學(xué)
將多媒體教學(xué)課件引入到汽車設(shè)計(jì)理論教學(xué)中，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①圖文并茂；它既能通過圖形的講解去理解結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，又能通過文字對(duì)內(nèi)容的歸納進(jìn)行理論教學(xué)[2]。②信息量大、滿足教學(xué)要求；枯燥的理論教學(xué)激發(fā)不了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的興趣，通過課件可以引入很多實(shí)際設(shè)計(jì)中的知識(shí)從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。③三維動(dòng)畫能清楚反映總成部件的相互運(yùn)動(dòng)情況，從而更好地加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。如手動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)教育論文，由于涉及眾多齒輪的設(shè)計(jì)公式，教師很難講授清楚，學(xué)生理解起來也很吃力。通過計(jì)算機(jī)課件，把變速器的設(shè)計(jì)過程通過動(dòng)畫直觀展示，使學(xué)生形成清晰的感官認(rèn)識(shí)，對(duì)正確理解和掌握知識(shí)點(diǎn)發(fā)揮了很大的作用，不僅順利完成了難點(diǎn)教學(xué)，也使學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)的奧妙和技術(shù)的強(qiáng)大動(dòng)力。④通過課件的聲、圖、文字、動(dòng)畫有機(jī)的融合，能激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生能夠集中注意力進(jìn)行聽課，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量的效果。
2.2 CAD/ CAE/ VPT等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法引入汽車設(shè)計(jì)教學(xué)中
隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,幾何模型的設(shè)計(jì)從二維轉(zhuǎn)向三維。在實(shí)現(xiàn)CAD/ CAE/ CAM 一體化的過程中,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)全部實(shí)現(xiàn)無紙化,因此在汽車設(shè)計(jì)的教學(xué)中要與時(shí)俱進(jìn)，將現(xiàn)代的設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法引入到汽車設(shè)計(jì)教學(xué)中[3-4]。
在汽車設(shè)計(jì)的教學(xué)中，對(duì)于傳統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)，可以采用CAD的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行教學(xué),教學(xué)的重點(diǎn)可以通過使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行汽車總成部件的設(shè)計(jì)。如圖1所示，左圖為變速器設(shè)計(jì)中所用設(shè)計(jì)公式的計(jì)算小軟件，通過課程教學(xué)中的演示學(xué)生可以清楚地看出設(shè)計(jì)的步驟，根據(jù)計(jì)算后的結(jié)果引入CAD設(shè)計(jì)軟件，最終形成右圖所示的三維總成件，整個(gè)變速器的設(shè)計(jì)清楚可見，同時(shí)又通過先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法使學(xué)生掌握了現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的相關(guān)方法論文格式范文。目前,機(jī)械CAD軟件可以實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)、三維零部件建模到裝配分析等各功能的設(shè)計(jì)。
圖1 變速器設(shè)計(jì)實(shí)例
CAE設(shè)計(jì)方法的引入是汽車設(shè)計(jì)教學(xué)中又一個(gè)形象的方法。目前汽車制造企業(yè)在樣機(jī)的制作、實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)價(jià)過程中會(huì)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行分析和仿真,這樣無疑可以減少樣機(jī)或試制品的制作次數(shù)。在三維模型組裝完畢后,可將模型轉(zhuǎn)化到仿真軟件上進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,模擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)和碰撞等的分析,可以發(fā)現(xiàn)部件運(yùn)動(dòng)以后的問題,還可將關(guān)鍵部件或部位放在有限元分析軟件中,對(duì)其在各種工況下的受力和變形進(jìn)行分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié),避免設(shè)計(jì)缺陷。CAE設(shè)計(jì)方法引入汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)中,不僅可以提高學(xué)生對(duì)課本理論知識(shí)的理解，更可以使企業(yè)實(shí)際需求與學(xué)生學(xué)習(xí)相結(jié)合，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更加有針對(duì)性的學(xué)生。如圖2所示，為轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)的CAE受力分析結(jié)果圖，通過改組圖片對(duì)比學(xué)生可以容易明白轉(zhuǎn)向節(jié)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到三種特殊工況情況下的受力分析。
（a）車輪越過不平路面工況(b)緊急制動(dòng)工況(c)側(cè)滑工況
圖2轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)例
虛擬樣機(jī)技術(shù)(VPT)就是在建筑第一臺(tái)物理樣機(jī)之前，設(shè)計(jì)師利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字化模型，進(jìn)行仿真分析并以圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工程條件下的各種特性，從而修改并得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的技術(shù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢(shì)以及可交互式探索虛擬物體的功能教育論文，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何、功能、制造等許多方面交互的建模與分析。它在CAD模型的基礎(chǔ)上，把虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)方法。圖3為引入VPT技術(shù)形成的車橋差速器仿真模型，通過該模型的運(yùn)動(dòng)仿真可以清楚地分析出部件在運(yùn)動(dòng)過程中的受力變化情況。
圖3VPT設(shè)計(jì)實(shí)例
只有這樣才能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增加學(xué)生對(duì)汽車設(shè)計(jì)理論的直接了解，有利于老師和學(xué)生之間的互動(dòng)水平。
2.3 項(xiàng)目教學(xué)法引入到汽車設(shè)計(jì)教學(xué)工作中
項(xiàng)目教學(xué)法是一種以項(xiàng)目為導(dǎo)向，將理論與實(shí)際相結(jié)合的先進(jìn)教學(xué)方法[5]。汽車設(shè)計(jì)課程因?yàn)樗婕皩?shí)際性較強(qiáng)，教師在教學(xué)中可以設(shè)立相關(guān)小的項(xiàng)目。項(xiàng)目教學(xué)法便于用在汽車某個(gè)總成或部件的設(shè)計(jì)項(xiàng)目上,如轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)、麥弗遜式獨(dú)立懸架的性能計(jì)算、離合器膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。通過項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)一步鞏固學(xué)過的知識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力。
3．結(jié)束語
綜上所述，通過對(duì)汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法的改進(jìn)，按照新的教學(xué)改革思路，經(jīng)過這幾年的摸索，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，初步取得了較好的成績(jī)，學(xué)生對(duì)于汽車設(shè)計(jì)課程的教學(xué)測(cè)評(píng)已經(jīng)連續(xù)2年獲得優(yōu)秀等級(jí)，達(dá)到了課程的培養(yǎng)目標(biāo)。
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篇5
0.引言
隨著信息技術(shù)的逐步發(fā)展和社會(huì)要求的逐步提高，虛擬現(xiàn)實(shí)的研究領(lǐng)域開始轉(zhuǎn)向山體、水域等不規(guī)則形態(tài)的實(shí)體。而由于計(jì)算機(jī)處理能力有限，地形數(shù)據(jù)獲取困難，可視化處理復(fù)雜，三維顯示效果缺乏真實(shí)感等問題逐漸顯現(xiàn)。本文以山體為例就不規(guī)則形體的可視化過程進(jìn)行研究，探討一種不需要實(shí)體數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)與數(shù)學(xué)分形理論相結(jié)合的三維地形可視化的處理方法。
虛擬地形的可視化具有隨機(jī)性和復(fù)雜性，在對(duì)山體的三維建模過程中，首先對(duì)山體的實(shí)際形態(tài)進(jìn)行研究，針對(duì)虛擬地形數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和紋理映射，利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)，創(chuàng)造性的融入分形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)山體的建模。同時(shí)利用分形理論實(shí)現(xiàn)山體表面樹木的覆蓋，達(dá)到仿真的效果。
本文探討的山體的三維建模方式，是基于筆者題為《連云港地區(qū)虛擬現(xiàn)實(shí)研究》的基礎(chǔ)上的，在對(duì)其虛擬現(xiàn)實(shí)的研究過程中對(duì)山體的建模采用的是3Ds MAX與VRML相結(jié)合的方式進(jìn)行的。
1.分形理論概述
隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，分形理論從最初的研究自然界和非線性系統(tǒng)中的不光滑和不規(guī)則的幾何形體逐漸發(fā)展為研究人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中存在大量的現(xiàn)象。分形理論著重研究自然界和社會(huì)活動(dòng)中普遍存在的無規(guī)則而具有自相似性或統(tǒng)計(jì)自相似性的系統(tǒng)或現(xiàn)象，如彎彎曲曲的海岸線，起伏不平的山脈，粗糙不堪的斷面等。這類客體不具備特征尺度，用不同倍數(shù)的放大鏡去觀察它們，其相貌是相似的，并且這個(gè)性質(zhì)不隨觀察位置的變化而變化。自相似性普遍存在物質(zhì)系統(tǒng)的多個(gè)層次上，物體或幾何圖形的維數(shù)的變化可以是連續(xù)的，即其維數(shù)可以不是整數(shù)[2]。
而以山體、河流等不規(guī)則幾何形體為主要內(nèi)容的地球系統(tǒng)，其時(shí)空展布具有分形的特點(diǎn)。普通的數(shù)理理論中的均勻、連續(xù)及光滑邊界條件下的問題求解方法遠(yuǎn)不能滿足地學(xué)問題的研究需要，分形理論的出現(xiàn)為研究類似地球系統(tǒng)這樣的復(fù)雜系統(tǒng)提供了一種新的研究方法。
2.虛擬現(xiàn)實(shí)三維山體建模方法初探
在對(duì)山體進(jìn)行三維建模時(shí)可以使用強(qiáng)大的三維建模工具3Ds MAX或是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言（VRML）進(jìn)行。對(duì)于地形數(shù)據(jù)，還可以借助VRMAP進(jìn)行拉伸從而實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的可視化仿真。
筆者在進(jìn)行《連云港地區(qū)虛擬現(xiàn)實(shí)研究》時(shí)考慮采用強(qiáng)大的三維建模工具和虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言相結(jié)合的方式進(jìn)行，所收結(jié)果不盡如人意（如圖1所示）。為此，探索更加符合地形數(shù)據(jù)特征的三維建模方式有助于更加清晰地對(duì)地理實(shí)體進(jìn)行分析研究，從而真正實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)的三維可視化。在可視化的基礎(chǔ)上借助虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML強(qiáng)大的擴(kuò)展性能，結(jié)合JavaScript腳本實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的放大、縮小、漫游、查詢等人機(jī)交互功能。
篇6
我校機(jī)電設(shè)備維修與管理專業(yè)有一門重要課程，這就是自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程中的仿真實(shí)訓(xùn)軟件開發(fā)包含可編程控制技能實(shí)訓(xùn)仿真、電路接線仿真功能，和自主學(xué)習(xí)搭建線路功能。為了學(xué)習(xí)者能在一個(gè)互動(dòng)友發(fā)的界面上學(xué)習(xí)，并能根據(jù)已有圖表資料能進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的要求，能讓操作者在計(jì)算機(jī)上模擬完成各站的電氣線路設(shè)計(jì)和控制程序的編程，但這些內(nèi)容的選擇和使用都需要一個(gè)窗口和仿問界面。因此本仿真軟件還應(yīng)滿足以下界面設(shè)計(jì)要求。
為了使操作者或?qū)W習(xí)者方便進(jìn)入這個(gè)區(qū)域?qū)W習(xí)和使用這個(gè)仿真實(shí)訓(xùn)軟件以達(dá)到操作簡(jiǎn)單明了，清晰可見。著重于提示信息要詳細(xì)、準(zhǔn)確、恰當(dāng)，便于靈活掌握應(yīng)用。軟件界面應(yīng)布局合理，顏色得當(dāng)、菜單按鈕規(guī)范、用語簡(jiǎn)單明了、畫面美觀。仿真實(shí)訓(xùn)軟件可調(diào)整訓(xùn)練進(jìn)度，能及時(shí)反饋學(xué)生的操作、自測(cè)情況。
1 軟件組成與設(shè)計(jì)
自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程的仿真軟件的開發(fā)平臺(tái)主要是在C語言為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，我們?cè)跈C(jī)電仿真控制平臺(tái)上共享其數(shù)據(jù)庫(kù)。主要做開發(fā)自已工作站的三維模型，并建設(shè)電路控制庫(kù)和程序代碼，導(dǎo)入其控件中。為了能在我們的仿真軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)中能較好實(shí)現(xiàn)以上資源的共享和調(diào)用，我們從其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)四個(gè)層面來撰述：
（1）界面表示層：負(fù)責(zé)處理用戶與應(yīng)用程序之間的交互過程：它可以是一般的終端設(shè)備、桌面應(yīng)用程序。
（2）電路設(shè)計(jì)層：定義了用戶界面要顯示的內(nèi)容，并根據(jù)所支持的是庫(kù)中已有電路。對(duì)于相應(yīng)的用戶要求可以進(jìn)行二次制作導(dǎo)入相應(yīng)的庫(kù)中，其各級(jí)控制邏輯層會(huì)以用戶的要求來定義。
（3）程序設(shè)計(jì)層：提供應(yīng)用系統(tǒng)需要的其它功能，如：消息傳送、工件調(diào)取、工件顏色的選擇支持所需要程序。
（4）數(shù)據(jù)庫(kù)層：存放用戶應(yīng)用電路模型圖和控制程序數(shù)據(jù)和各種可共享模塊。
為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維控制的性能和各層次結(jié)構(gòu)的控制要求，首先要考慮的是框架如何分層、各層包含何種組件或?qū)ο蟆⒉煌瑢哟沃畬訉?duì)象如何通信。
在實(shí)際應(yīng)用中，也可以將邏輯層再分為若干組件集，每一個(gè)組件集完成一個(gè)相當(dāng)小的小電路功能，用戶界面層通常需要連接若干個(gè)組件集來完成一個(gè)單獨(dú)的邏輯塊后可以組合成新的控制電路模塊。組件集之間也可以相互調(diào)用。本論文的框架圖如圖1所示，分為界面表示層、電路設(shè)計(jì)層、程序設(shè)計(jì)層和數(shù)據(jù)庫(kù)四層。
2 軟件的模型設(shè)計(jì)
仿真自動(dòng)線教學(xué)是實(shí)際自動(dòng)線控制過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，其系統(tǒng)模型主要有自動(dòng)線教學(xué)設(shè)備硬件（或物理）部分和軟件部分組成。硬件部分由自動(dòng)線運(yùn)動(dòng)部件、控制電路零件、執(zhí)行器等構(gòu)成，軟件部分則由電氣控制線路、PLC控制程序和機(jī)電仿真控制平臺(tái)構(gòu)成。自動(dòng)線中機(jī)械手是一套自動(dòng)化設(shè)備接受指令的過程。對(duì)仿真自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)模型的建立是仿真實(shí)訓(xùn)的關(guān)鍵技術(shù)。為此我們要對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，制定出相關(guān)數(shù)據(jù)表，按一定規(guī)律導(dǎo)入控件中。
2.1 三層模型
三層模型是一種“界面模型+電路庫(kù)+ 程序庫(kù)”的邏輯分層模型，界面模型：通過調(diào)用控制邏輯層代碼來獲取所需要的數(shù)據(jù)，按照控制電路的運(yùn)行要求適當(dāng)?shù)耐ㄟ^用戶界面的三維動(dòng)畫顯示出來。當(dāng)應(yīng)用程序被修改時(shí)，只要對(duì)表示層提供的接口不變，就不需要更新每個(gè)工作站的用戶界面程序，在運(yùn)行效率和可維護(hù)性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜態(tài)圖分析，如圖2所示。
另外要說明的是，對(duì)于不同生產(chǎn)線可以用不同三維模型界面表示出業(yè)，前題是設(shè)計(jì)好相應(yīng)的模型。通過相應(yīng)的電路庫(kù)和程序庫(kù)調(diào)用，這也更加方便于教學(xué)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理和網(wǎng)絡(luò)化實(shí)訓(xùn)服務(wù)，對(duì)于教學(xué)中不同的生產(chǎn)線中有可擴(kuò)展性和靈活性。
3 登錄界面的設(shè)計(jì)
由于我們是在一個(gè)已有平臺(tái)研究，有許多已知的元器件我們可以直接調(diào)用。但我們研究的自動(dòng)生線是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜、元器件比較較多并且型號(hào)多。為此我們要有所選擇的進(jìn)行主菜單設(shè)計(jì)，方便于教學(xué)中調(diào)取使用。具體登錄界面如圖3所示自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真軟件登錄界面。
篇7
Keywords: OpenGL, 3 d model, the system simulation
中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1、引言
系統(tǒng)仿真是近30 年在系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)識(shí)別、控制理論、計(jì)算技術(shù)和控制工程等多種技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門綜合性很強(qiáng)的新興技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真就是，以計(jì)算機(jī)為工具，以相似原理、仿真技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真的定義可以看出，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真包含了三個(gè)方面的信息（三要素）：系統(tǒng)、模型、計(jì)算機(jī)，而聯(lián)系著它們?nèi)咧g的基本活動(dòng)是：系統(tǒng)模型建立、仿真模型建立、仿真試驗(yàn)。
“系統(tǒng)”是指被研究的對(duì)象，任何事物都不是孤立地存在著的。因此，仿真研究的對(duì)象也不可避免地與其周圍的環(huán)境之間存在著相互聯(lián)系。建立系統(tǒng)模型就是要把待研究的系統(tǒng)從周圍的環(huán)境中界定出來，并把它描述成數(shù)學(xué)模型。建立被研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型， 就是為了能用計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)。從數(shù)學(xué)模型到仿真模型的轉(zhuǎn)換過程，就是仿真模型建立。只有經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的仿真模型才能為計(jì)算機(jī)識(shí)別并運(yùn)行。綜上所述，建立仿真模型是系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵一環(huán)，選擇什么工具來建模也顯的由為重要。在這里就我們的課題，工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)仿真選用的工具OpenGL來探討。
2、 OpenGL 的功能特點(diǎn)
OpenGL 是SGI 公司推出的三維圖形庫(kù)（GL），它表現(xiàn)突出，易于使用而且功能強(qiáng)大。利用GL開發(fā)出來的三維應(yīng)用軟件頗受許多專業(yè)技術(shù)人員的喜愛，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，GL 已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)展成為OpenGL，OpenGL 已被認(rèn)為是高性能圖形和交互式視景處理的標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL最大的特點(diǎn)首先是與硬件無關(guān)，可以在不同的平臺(tái)上得于實(shí)現(xiàn)，用OpenGL編制的程序，可以隨心所欲的控制三維模型，由于OpenGL同時(shí)提供了顏色緩存、模板緩存、深度緩存、累積緩存等基于雙緩存技術(shù)的動(dòng)畫操作函數(shù)，因而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的虛擬仿真。其次是建模方便，OpenGL不僅提供基本的三維幾何像素生成函數(shù)，而且提供了大量的點(diǎn)、線、面以及曲線曲面等基本圖元操作函數(shù)，可以構(gòu)建相當(dāng)復(fù)雜的幾何造型。第三個(gè)特點(diǎn)是高度的真實(shí)感顯示，由于OpenGL 提供了大量的著色、光照、景深、陰影、混合、消隱、反走樣、明暗處理、圖像處理、紋理映像、深度檢測(cè)等功能函數(shù)，保證了三維仿真圖形顯示具有高度的真實(shí)感。第四OpenGL 具有出色的編程特性，OpenGL 體系結(jié)構(gòu)評(píng)審委員會(huì)獨(dú)立地負(fù)責(zé)OpenGL規(guī)范，使之具有通分的獨(dú)立性。程序的通用性和可移植性。由于OpenGL可以集成到各種標(biāo)準(zhǔn)視窗和操作系統(tǒng)中，因此基于OpenGL的三維仿真程序有良好的通用性和可移植性。最后是應(yīng)用廣泛，Microsoft 、SGI、IBM、SUN、HP 等都采用OpenGL作為三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，許多其它軟件商也紛紛以O(shè)penGL作為基礎(chǔ)來開發(fā)自己的產(chǎn)品，目前已成為高質(zhì)量三維圖形的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 。
3、OpenGL 在仿真中的應(yīng)用
以上的優(yōu)點(diǎn)決定了OpenGL在建立仿真模型時(shí)的優(yōu)越性，我們?cè)诮⒍嘧杂啥裙I(yè)機(jī)器人模型時(shí)選用了OpenGL。
3.1 工作過程
OpenGL的指令的解釋模型是客戶/服務(wù)器模式，既客戶(試圖用 OpenGL進(jìn)行繪制工作的應(yīng)用程序)向服務(wù)器(OpenGL的內(nèi)核)命令，這些OpenGL命令由服務(wù)器來解釋。基于客戶/服務(wù)器模式，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下很容易使用OpenGL，且在不同計(jì)算機(jī)上的多個(gè)客戶可以得到在其它計(jì)算機(jī)上服務(wù)器的服務(wù)。這樣OpenGL就具有網(wǎng)絡(luò)透明性。
OpenGL的庫(kù)函數(shù)被封裝在Openg132.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中，從客戶應(yīng)用程序的對(duì)OpenGL函數(shù)的調(diào)用首先被Opengl32處理，在傳給服務(wù)器后，被Winsrv.dll進(jìn)一步進(jìn)行處理，然后傳遞給DDI(Divice Driver Interface)，最后傳遞給視屏驅(qū)動(dòng)程序。
3.2建立的仿真模型
由于機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的物體，為了建模的方便，有必要把它分解為一個(gè)個(gè)圖形模塊。然后把模塊集成起來，組成整個(gè)機(jī)器人模型，同時(shí)我們知道工業(yè)機(jī)器人大體上是由機(jī)座，關(guān)節(jié)和桿件聯(lián)接組成，據(jù)于此我們?cè)O(shè)置了如下三個(gè)圖形
模塊函數(shù)：
（1）基座模塊函數(shù)
（2）桿件模塊函數(shù)
（3）關(guān)節(jié)模塊函數(shù)
各個(gè)模塊按不同的順序進(jìn)行組合,經(jīng)過大量的平移和旋轉(zhuǎn)，然后渲染就能得到效果圖。
我們可以進(jìn)行多自由度工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析，相對(duì)簡(jiǎn)化了工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)過程，降低開發(fā)費(fèi)用，縮短開發(fā)周期。
參考文獻(xiàn)
[1]吳重光主編.仿真技術(shù)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2000,5.
篇8
1 引言
電磁場(chǎng)的教學(xué)向來是高校電子類專業(yè)教學(xué)改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在電磁場(chǎng)理論中，波導(dǎo)的特性和模式分布是重要的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生們普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)難度較大。特別是很多高校不具備實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)習(xí)波導(dǎo)理論就顯得非常抽象。這嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為了解決這些矛盾，筆者使用有限元分析軟件HFSS進(jìn)行形象化教學(xué)，取得了較好的教學(xué)成果。
HFSS（High Frequency Structure Simulator）是原美國(guó)Ansoft公司開發(fā)并推出的三維電磁仿真軟件，2008年7月被ANSYS公司收購(gòu)，是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件[1]。HFSS提供了簡(jiǎn)潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場(chǎng)解器，并擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場(chǎng)[2]。HFSS軟件采用的是有限元法（Finite Element Method，F(xiàn)EM），計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，是業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
2 基本教學(xué)問題描述
2.1 基本波導(dǎo)理論
2.1.1 矩形波導(dǎo)簡(jiǎn)介
通常將由金屬材料制成的、矩形截面的、內(nèi)充空氣介質(zhì)的規(guī)則金屬波導(dǎo)稱為矩形波導(dǎo)，它在電磁兼容測(cè)試[3]和微波技術(shù)[4]中最常用的傳輸系統(tǒng)之一。
由于矩形波導(dǎo)不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，而且由于它是封閉結(jié)構(gòu)，可以避免外界干擾和輻射損耗；因?yàn)樗鼰o內(nèi)導(dǎo)體，所以導(dǎo)體損耗低，而功率容量大。在目前大中功率的微波系統(tǒng)中常采用矩形波導(dǎo)作為傳輸線和構(gòu)成微波元器件。利用麥克斯韋方程和矢量恒等式，可得到波導(dǎo)中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的波動(dòng)方程如下所示：
方程式中E和H不僅有橫向分量，還有縱向（z方向）分量，而且E和H不僅是z的函數(shù)（e-rz），還是x和y的函數(shù)。Kc為矩形波導(dǎo)TM波的截止波數(shù)，顯然它與波導(dǎo)尺寸、傳輸波型有關(guān)，其表達(dá)式如下：
m是電、磁場(chǎng)量沿x軸[0，a]出現(xiàn)的半周期（半個(gè)純駐波）的數(shù)目，n是電、磁場(chǎng)量沿y軸[0，b]出現(xiàn)的半周期的數(shù)目。對(duì)于TE波，m和n中任意一個(gè)可以為0，但是不可以同時(shí)為0；而對(duì)于TM波中任一個(gè)都不可以為0，否則全為0。在波導(dǎo)內(nèi)壁處電力線垂直于邊壁，且波導(dǎo)壁的內(nèi)表面上只能存在磁場(chǎng)的切向分量，法向分量為零，電力線與磁力線相互正交[5]。
2.1.2 矩形波導(dǎo)的傳輸特性
（1）截止波數(shù)、截止波長(zhǎng)、截止頻率。
如前所述，矩形波導(dǎo)TEmn和TMmn模的截止波數(shù)均為：
對(duì)應(yīng)的截至波長(zhǎng)和截至頻率為：
在導(dǎo)行波中截止波長(zhǎng)λc最長(zhǎng)的導(dǎo)行模稱為該導(dǎo)波系統(tǒng)的主模，波導(dǎo)能夠進(jìn)行主模的單模傳輸。
（2）波導(dǎo)波長(zhǎng)和相移常數(shù)。
矩形波導(dǎo)TEmn和TMmn模的波導(dǎo)波長(zhǎng)和相移常數(shù)表達(dá)式相同，式中？姿是工作波長(zhǎng)：
（3）相速和群速。
矩形波導(dǎo)TEmn和TMmn模的相速和群速表達(dá)式相同：
（4）波形阻抗。
矩形波導(dǎo)TEmn和TMmn模的波形阻抗表達(dá)式分別為：
2.2 HFSS數(shù)值求解
在HFSS中建立如下圖1所示矩形波導(dǎo)，其在x、y和z軸尺寸分別為4in、0.8in和0.5in。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
按照已知參數(shù)，帶入（6）式可計(jì)算出此波導(dǎo)模型的截止頻率fc約為7.3GHz。下面利用HFSS仿真計(jì)算此矩形波導(dǎo)的截止頻率，仿真結(jié)果如圖2所示。可以看出，矩形波導(dǎo)的S21參數(shù)在7.35GHz，與理論計(jì)算誤差不到1%，說明HFSS在仿真矩形波導(dǎo)的教學(xué)中具有很高的可靠性。
在日常教學(xué)中電磁波是怎么樣在矩形波導(dǎo)中傳輸?shù)模碚撝R(shí)不易理解，這里我們可以結(jié)合HFSS軟件來仿真電磁波在矩形波導(dǎo)中的傳輸，尤其是在HFSS中我們還可以看到動(dòng)態(tài)的電磁波傳輸過程[6]，并且HFSS中的仿真數(shù)據(jù)還可以和Matlab兼容，互相可以導(dǎo)入。
由矩形波導(dǎo)的截至頻率fc定義可知：當(dāng)入射波的頻率小于矩形波導(dǎo)的截止頻率時(shí)，電磁波是不能夠通過矩形波導(dǎo)來傳輸?shù)模划?dāng)入射波的頻率大于矩形波導(dǎo)的截止頻率時(shí)，電磁波是完全能夠通過矩形波導(dǎo)傳輸?shù)摹?/p>
下面我們就通過HFSS仿真演示入射波頻率分別小于和大于矩形波導(dǎo)截至頻率時(shí)，電磁波在矩形波導(dǎo)中的傳輸過程。在HFSS中，上述所建模型截至頻率為fc=7.35GHz，這里我們分別設(shè)定入射波頻率為7GHz和9GHz，仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。
由圖3和圖4可知，當(dāng)入射波的頻率為7GHz（7.35GHz）時(shí)，電磁波是完全能夠以其特有的傳輸方式不斷向前傳輸?shù)讲▽?dǎo)的另一端。
3 結(jié)論
本文利用HFSS的有限元求解法，以矩形波導(dǎo)為例，對(duì)矩形波導(dǎo)三維矢量靜電場(chǎng)問題進(jìn)行了求解，并使用三維圖形進(jìn)行可視化，仿真矩形波導(dǎo)的參數(shù)。通過本文的工作，可以更加直觀地理解電磁波在矩形波導(dǎo)中的傳輸過程以及波導(dǎo)的各參數(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)解析學(xué)習(xí)方法而言，計(jì)算量大大減少且更直觀形象。本文對(duì)矩形波導(dǎo)三維矢量靜電場(chǎng)利用HFSS仿真求解的計(jì)算方法可以推廣應(yīng)用在天線仿真設(shè)計(jì)、大學(xué)電磁教學(xué)和低頻電磁干擾分析等領(lǐng)域。
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篇9
車輛模擬器具有工況設(shè)置方便、試驗(yàn)重復(fù)性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn),在駕駛培訓(xùn)、車輛新產(chǎn)品的研究和開發(fā)、人—車—環(huán)境試驗(yàn)中有著重要作用,良好的車輛運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)是車輛模擬器質(zhì)量的保障。本文以“車輛人—機(jī)—環(huán)境模擬器”項(xiàng)目為依托,圍繞車輛模擬器運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)中三維虛擬道路建模、車輛動(dòng)力學(xué)建模與仿真、動(dòng)感模擬算法等展開研究。提出了隨機(jī)激勵(lì)路面輪廓三維高程數(shù)據(jù)生成方法;對(duì)Vortex車輛動(dòng)力學(xué)建模特別是車輛懸架參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行闡述,并給出了車輛動(dòng)力學(xué)仿真的實(shí)例;提出了基于六自由度平臺(tái)桿長(zhǎng)的模糊自適應(yīng)動(dòng)感模擬算法,最后建立了車輛動(dòng)力學(xué)、動(dòng)感模擬算法與六自由度平臺(tái)虛擬樣機(jī)組成的車輛模擬器開發(fā)綜合仿真平臺(tái)。 論文闡述了項(xiàng)目中車輛模擬器的組成及工作原理,闡述了模擬器運(yùn)動(dòng)感覺模擬的機(jī)制,對(duì)模擬器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)做了詳細(xì)的介紹,為車輛模擬器運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)奠定基礎(chǔ)。
給出了車輛模擬器三維虛擬道路建模所需的路面輪廓數(shù)據(jù)和路形數(shù)據(jù)建模和生成方法,為車輛動(dòng)力學(xué)仿真提供路面激勵(lì)數(shù)據(jù)。利用路面不平度二維功率譜密度的表達(dá)式,通過二維傅里葉逆變換法得到了路面輪廓不平度三維路面高程數(shù)據(jù)生成方法,生成的高程數(shù)據(jù)的功率譜特性和各向同性特性均優(yōu)于已有方法。推導(dǎo)了路面輪廓中包含的隨機(jī)瞬態(tài)成分的空間位移特征與路面等級(jí)的關(guān)系,提出了三維空間內(nèi)隨機(jī)瞬態(tài)成分生成方法。根據(jù)道路路形特征給出了三維空間曲線道路建模方法,并采用線切割方法將道路與地形進(jìn)行了融合。
闡述了Vortex車輛動(dòng)力學(xué)建模的方法和流程,針對(duì)Vortex車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)化建模的特點(diǎn),設(shè)置不同的懸架參數(shù),進(jìn)行車輛行駛平順性和穩(wěn)定性仿真,然后進(jìn)行結(jié)果分析對(duì)比。對(duì)不同路面類型以及各種車輛運(yùn)動(dòng)的典型工況進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,為動(dòng)感模擬算法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。 針對(duì)經(jīng)典動(dòng)感模擬算法參數(shù)不能在線實(shí)時(shí)調(diào)整而導(dǎo)致平臺(tái)空間利用率低的問題,在經(jīng)典動(dòng)感模擬算法和基于平臺(tái)單自由度約束的模糊自適應(yīng)動(dòng)感模擬算法的基礎(chǔ)上,提出了基于平臺(tái)桿長(zhǎng)約束的模糊自適應(yīng)動(dòng)感模擬算法。
首先解決了動(dòng)感模擬算法中輸入信號(hào)預(yù)處理、傾斜角速度限制環(huán)節(jié)處理以及自由度解耦等幾個(gè)問題,然后提出了模糊自適應(yīng)算法的原理與模糊自適應(yīng)規(guī)則,并對(duì)幾種動(dòng)感模擬算法進(jìn)行了仿真分析對(duì)比,結(jié)果顯示基于平臺(tái)桿長(zhǎng)約束的模糊自適應(yīng)動(dòng)感模擬算法具有參數(shù)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單意義明確、調(diào)節(jié)作用平滑無沖擊、不需要考慮多自由度之間耦合作用的優(yōu)點(diǎn),能充分利用平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)空間而提高動(dòng)感模擬逼真度。
建立了車輛動(dòng)力學(xué)、動(dòng)感模擬算法、六自由度平臺(tái)虛擬樣機(jī)的Vortex、Simulink、 ADAMS聯(lián)合仿真系統(tǒng)。首先闡述了聯(lián)合仿真系統(tǒng)的組成、原理及作用,然后建立了六自由度平臺(tái)ADAMS虛擬樣機(jī)模型,并將其與Simulink相聯(lián)接。以動(dòng)感模擬運(yùn)動(dòng)的可視化與數(shù)據(jù)監(jiān)控以及蛇形試驗(yàn)專用動(dòng)感模擬算法為例,對(duì)聯(lián)合仿真系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了舉例說明。
篇10
1CAD技術(shù)的發(fā)展
CAD(ComputerAidedDesign)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的英文縮寫，是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和數(shù)值計(jì)算能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析，達(dá)到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率飛速地提高。現(xiàn)已將計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（ProductDataManagement，PDM）及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一體。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品命運(yùn)的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計(jì)算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(IntelligentCAD)。21世紀(jì)，ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時(shí)代制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、智能活動(dòng)是由設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計(jì)的過程，采用單一知識(shí)領(lǐng)域的符號(hào)推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計(jì)算機(jī)繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計(jì)算機(jī)參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計(jì)過程，借助計(jì)算機(jī)的支持，設(shè)計(jì)效率有了大大地提高。
2三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)
通過實(shí)際應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)軟件,筆者體會(huì)到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中具有更大的優(yōu)勢(shì),具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
2.1零件設(shè)計(jì)更加方便
使用三維CAD系統(tǒng),可以裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計(jì)新零件,既方便又快捷,避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動(dòng)畫演示出來,使人一目了然。
2.2裝配零件更加直觀
在裝配過程中,資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系,若裝配不正確即予以顯示,另外,零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時(shí)候,可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個(gè)機(jī)器裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示,對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的,可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求,及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改,避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報(bào)廢。
2.3縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期
采用三維CAD技術(shù),機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了近1/3,大幅度地提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí),只需對(duì)其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造,而大部分零部件的設(shè)計(jì)都將繼承以往的信息,使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3~5倍。同時(shí),三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計(jì)能力,能夠通過快速重構(gòu),得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。
2.4提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量
由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合,同時(shí)采用CADCIMS組織生產(chǎn),機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)方針和優(yōu)化設(shè)計(jì)等,保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí),大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工,一致性很好,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
3CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1零件與裝配圖的實(shí)體生成
3.1.1零件的實(shí)體建模。CAD的三維建模方法有三種,即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。在許多具有實(shí)體建模功能的CAD軟件中,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實(shí)體造型模塊中,系統(tǒng)提供了六種基本體系,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對(duì)簡(jiǎn)單的零件,可通過對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,將其分解成若干基本體,對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型,之后再對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算,便可得出零件的三維實(shí)體模型。
對(duì)于有些復(fù)雜的零件,往往難以分解成若干個(gè)基本體,使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多,導(dǎo)致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實(shí)體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓,然后在三維實(shí)體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”,進(jìn)而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實(shí)體造型。
3.1.2實(shí)體裝配圖的生成。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后,利用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析過程中的資料,在運(yùn)動(dòng)的某一位置,按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”,這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn)。
3.2模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高,從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床和加工中心,從人工設(shè)計(jì)和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數(shù)字化和計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展。同時(shí),模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)(RPM)等,幾乎覆蓋了整個(gè)現(xiàn)代制造技術(shù)。
一個(gè)完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個(gè)功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動(dòng)態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),進(jìn)行統(tǒng)一管理,而實(shí)體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。
3.3機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用
機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與壽命預(yù)估、動(dòng)力學(xué)/運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后,才能由CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動(dòng)特性、干涉、碰撞問題和動(dòng)態(tài)特性等。
4CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)
4.1圖形交互技術(shù)
CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具,務(wù)求易學(xué)好用,得心應(yīng)手。一個(gè)友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設(shè)計(jì)師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此,智能化圖標(biāo)菜單、“拖放式”造型、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計(jì)師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識(shí)別、語言識(shí)別和特征手勢(shì)建模等新技術(shù)也正在研究之中。
4.2智能CAD技術(shù)
CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動(dòng)。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計(jì)在運(yùn)用知識(shí)化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識(shí)的設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù),及時(shí)準(zhǔn)確地向設(shè)計(jì)師提品開發(fā)所需的知識(shí)和幫助,智能地支持設(shè)計(jì)人員，同時(shí)捕獲和理解設(shè)計(jì)人員意圖、自動(dòng)檢測(cè)失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設(shè)計(jì)新手也能做出好的設(shè)計(jì)來,現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新設(shè)計(jì),人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中,用智能設(shè)計(jì)、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造,這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。
4.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD中已開始應(yīng)用,設(shè)計(jì)人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品,可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計(jì)效果,可直接操作模擬對(duì)象,檢驗(yàn)操作是否舒適、方便,及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞等問題,及早看到新產(chǎn)品的外形,從多方面評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品.虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機(jī)的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進(jìn)行加工、測(cè)試、仿真和分析,以評(píng)價(jià)其性能,可制造性、可裝配性、可維護(hù)性和成本、外觀等,基于虛擬樣機(jī)的試驗(yàn)仿真分析,可以在真實(shí)產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問題,從而降低產(chǎn)品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時(shí)代繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方向.另外,隨著協(xié)同技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品的整個(gè)生命周期設(shè)計(jì)理論和技術(shù)的成熟和發(fā)展,利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術(shù),實(shí)現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造,已成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
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篇11
〔正文〕
機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。同時(shí)，該課程也是工科類專業(yè)的基礎(chǔ)必修課。本課程在教學(xué)內(nèi)容方面，著重基本知識(shí)、基本理論和基本方法，在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面，著重設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練。在本課程學(xué)習(xí)中，綜合運(yùn)用先修課程中所學(xué)的有關(guān)知識(shí)和技能，結(jié)合各種教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)及課程設(shè)計(jì)的基本鍛煉，為順利地過渡到學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程及進(jìn)行專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。
機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)和近機(jī)類專業(yè)學(xué)生在學(xué)完機(jī)械設(shè)計(jì)及同類課程以后所設(shè)置的一個(gè)重要的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，也是學(xué)生第一次較全面、規(guī)范地進(jìn)行設(shè)計(jì)訓(xùn)練機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)能力，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程和其他先修課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析和解決工程實(shí)際問題的能力，鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)；通過對(duì)通用機(jī)械傳動(dòng)或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力等；在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的能力等。
基于以上認(rèn)識(shí)，結(jié)合近年我校機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系、課程內(nèi)容以及立體化教學(xué)模式的改革和重點(diǎn)課程建設(shè)，在學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，主要從機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法和手段的改進(jìn)等方面進(jìn)行了大膽的改革與實(shí)踐，逐步實(shí)施了從手工繪圖到二維AUTOCAD的應(yīng)用最終到三維 CAD的過渡，在提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和綜合素質(zhì)方面得到了較好的效果。
一. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐的現(xiàn)狀
幾個(gè)世紀(jì)以來，人們用手工繪圖來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)理念。圖紙作為工程師的語言，為工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員之間進(jìn)行有效的交流帶來極大方便。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，手工繪圖已不能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。現(xiàn)在，機(jī)械設(shè)計(jì)手段從20世紀(jì)70年代的手工繪圖轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)繪圖，大大提高了繪圖效率和繪圖質(zhì)量。
目前，CAD技術(shù)主要以二維繪圖軟件AUTOCAD為代表，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中只是教會(huì)學(xué)生操作和繪制簡(jiǎn)單的零件圖，而用AUTOCAD繪制裝配圖以及進(jìn)行有關(guān)的工程分析是非常不便的且很難實(shí)現(xiàn)。為此，為了能夠方便地繪制裝配圖，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中逐步地采用了CAXA電子圖版、開目CAD等二維繪圖軟件作為繪圖工具，輔助完成零部件設(shè)計(jì)。 當(dāng)前，我國(guó)制造業(yè)已全面完成甩圖板工程，二維CAD技術(shù)的普及結(jié)束了手工繪圖的歷史，對(duì)減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益起到了很明顯的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)正從二維CAD向三維CAD過渡，有相當(dāng)一部分CAD應(yīng)用較早的企業(yè)已完成了從二維CAD向三維CAD轉(zhuǎn)換，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。企業(yè)需要掌握三維CAD技術(shù)的專業(yè)人才，掌握三維CAD技術(shù)已成為工科院校畢業(yè)生最基本的要求。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中采用三維 CAD技術(shù)，已成為我們現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)改革的重要內(nèi)容和亟待解決的問題。
二. 三維CAD關(guān)鍵技術(shù)
三維CAD造型技術(shù)也稱建模技術(shù)，它是CAD技術(shù)的核心。從20世紀(jì)60年代至今，三維建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了線框建模、曲面建模、實(shí)體建模、特征建模、參數(shù)化建模、變量化建模，以及當(dāng)今正在研究的產(chǎn)品集成建模、行為建模等發(fā)展過程。三維CAD以三維造型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，只要形成了三維模型，各種二維視圖唾手可得。三維CAD技術(shù)在產(chǎn)品的三維造型、虛擬裝配、工程圖生成、動(dòng)態(tài)干涉檢驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)仿真、有限元分析等方面帶來了革命性得突破，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。三維設(shè)計(jì)的真正意義不僅僅在于設(shè)計(jì)模型本身，而是設(shè)計(jì)出模型的后處理工作。
三維CAD技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：三維造型/三維設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析/仿真、裝配干涉檢驗(yàn)、三維轉(zhuǎn)二維、圖樣檔案管理等。科技論文。科技論文。利用這種全過程的三維CAD系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)以后，不僅使設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何形狀和性能滿足要求，而且使各方面的指標(biāo)（強(qiáng)度、剛度、重量和成本等）都達(dá)到最佳狀態(tài)，這是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程分析的根本目的。三維CAD符合設(shè)計(jì)者的思維習(xí)慣，可以充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者創(chuàng)造力和想象力。三維 CAD技術(shù)不僅解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程圖繪制的問題，更重要的是利用三維CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)，所生產(chǎn)的三維零件可以直接與CAE/CAM/CAPP等CIMS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和銜接，是將來實(shí)現(xiàn)無圖樣生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的重要手段。掌握三維CAD技術(shù)的使用，已經(jīng)逐步同使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行文字處理一樣，成為產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)人員的一種基本技能。
三、CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊的普及化、信息處理的智能化，CAD三維技術(shù)正向規(guī)范化、智能化、集成化的方向發(fā)展。
1. 規(guī)范化。ス娣痘(標(biāo)準(zhǔn)化)的趨勢(shì)體現(xiàn)在幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化(標(biāo)準(zhǔn)化)、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化和CAD資源的規(guī)范化等。數(shù)據(jù)模型應(yīng)采用STEP標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著STEP標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善，它對(duì)于幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型的思想將作為新一代CAD系統(tǒng)的開發(fā)指南。靠以前的一些標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)無法完全滿足CAD數(shù)據(jù)交換的要求。目前，參數(shù)化特征模型的傳輸還是一個(gè)世界難題，在STEP標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，相信這一點(diǎn)能有所突破。
2.智能化。ヌ卣髟煨禿筒問設(shè)計(jì)的采用即是智能化方面的進(jìn)步。軟件不僅僅是提供一些繪制的工具由人們?nèi)ナ褂茫膊辉賹⒄季€面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，而忽略其內(nèi)在聯(lián)系。特征和參數(shù)的引入使得軟件似乎成為人類(用戶)一個(gè)更聰明的助手。科技論文。CAD軟件應(yīng)該更大限度地將工程數(shù)據(jù)概念集成到數(shù)據(jù)模型中，例如目前，CAD軟件的特征模型主要是解決零件幾何造型的問題，而對(duì)于后續(xù)分析、CAPP和加工的需要還考慮得不夠。
3.集成化。ゼ成化是當(dāng)今CAD技術(shù)發(fā)展的又一大趨勢(shì)。CAD技術(shù)不是孤立的。首先，它集成了計(jì)算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)、外圍設(shè)備、圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)及各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。同時(shí)，它又不斷和CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃)、MIS（管理信息系統(tǒng))、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)以及MRP(制造資源管理)等系統(tǒng)相集成。由于Internet的發(fā)展，使得這些設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。如何構(gòu)造在Internet體系上的CAD/CAM集成化系統(tǒng)將會(huì)是人們追蹤的熱點(diǎn)。特別是在全球經(jīng)濟(jì)一體化的背景下，并行工程、異地設(shè)計(jì)制造等概念的發(fā)展和應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)、基于WEB的協(xié)同設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)大受青睞。現(xiàn)在已有一些標(biāo)準(zhǔn)，如解決異構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)的XML和XML-3D，以及解決三維圖形、圖像在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸共享的VRML標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，已經(jīng)為我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)的構(gòu)架下，建立協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同工作的環(huán)境打下了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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篇12
建模，是早期三維地形生成的方法。由于其數(shù)學(xué)計(jì)算的復(fù)雜性，對(duì)于復(fù)
雜場(chǎng)景來說，計(jì)算量大而且要采用較復(fù)雜的曲面拼接技術(shù)。只適合中小 規(guī)模的數(shù)據(jù)處理。另外，這種方法實(shí)際上是采用了歐式幾何方法，而歐 式幾何所描述的物體具有光滑的表面和規(guī)則形狀，物體的形狀可由方程 來描述。利用常用的參數(shù)曲面，通過插值、擬合來生成三維地形，也是 采用方程來對(duì)地形建模。但由于地形的不規(guī)則和復(fù)雜性，用這種方法得 到的地形真實(shí)感效果常不能令人滿意。 (2)利用分形技術(shù)生成三維地形1973 年，曼德勃羅(B.B.Mandelbrot) 在法蘭西學(xué)院講課時(shí)，首次提出了分維和分形幾何的設(shè)想。分形幾何學(xué) 是一門以非規(guī)則幾何形態(tài)為研究對(duì)象的幾何學(xué)。由于不規(guī)則現(xiàn)象在自然 界是普遍存在的，因此分形幾何又稱為描述大自然的幾何學(xué)。歐式方法 不能真實(shí)地描述這些物體，但可以用分形幾何來真實(shí)地描述，是使用過 程而不是方程來對(duì)物體建模。分形幾何具有無限以及統(tǒng)計(jì)自相似性的規(guī) 律，用遞歸算法使復(fù)雜的景物可用簡(jiǎn)單的規(guī)則來生成，可以生成任意水 平的細(xì)節(jié)，為我們提供了一個(gè)很好的描述一般地面形狀的數(shù)學(xué)模型。由 于分形顯示自然景物具有非常逼真的特點(diǎn)，自從分形技術(shù)產(chǎn)生以來，人 們就開始探討用分形技術(shù)來生成三維地形，地景生成技術(shù)也達(dá)到了一個(gè) 新的階段。采用分形技術(shù)來生成三維地形是目前地景生成的主要方法。 (3)基于數(shù)字地形模型的地形可視化。這種方法就是運(yùn)用數(shù)字高程數(shù) 據(jù)構(gòu)造多邊形面，用多邊形網(wǎng)格逼近。數(shù)字高程模型是針對(duì)地球表面實(shí) 際地形地貌的數(shù)字建模的結(jié)果。MilIerC.L 于20 世紀(jì)50 年代中期提出了 數(shù)字地形模型(DigitalTerrainModel，DTM)的概念，后來把基于高程或海 拔分布的數(shù)字地形模型稱為數(shù)字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)， DEM 自20 世紀(jì)50 年代后期開始被采用以來，受到了極大的關(guān)注，在測(cè) 繪、地質(zhì)、景觀建筑、農(nóng)業(yè)、規(guī)劃、軍事工程、飛行器與戰(zhàn)場(chǎng)仿真等諸 多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展， 在DEM 的數(shù)據(jù)獲取方法、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理速度等方面取得了一些突 破性的進(jìn)展。現(xiàn)在，隨著各種精度級(jí)別的DEM 的普遍獲取，過去許多潛 在的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在已變成十分重要的方面。
在三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法方面，楊必勝、李清泉、史文中提出了一
種用于多分辨率三維模型快速生成和傳輸?shù)姆€(wěn)健算法；龔健雅提出了面 向?qū)ο蟮氖噶繓鸥窦蓴?shù)據(jù)模型：還有鄧念東，侯恩科提出了一種顧及 維數(shù)的三維空間拓?fù)潢P(guān)系描述框架；齊安文，吳立新等重點(diǎn)研究了基于 三棱柱體體元在三維地質(zhì)建模中的應(yīng)用；曹彤，李穎研究用于三維GIS 的八叉樹和四叉樹算法等；Klein 采用一種與視點(diǎn)相關(guān)的TIN 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來 表示交互中的集合信息，當(dāng)視點(diǎn)改變時(shí)，采用Delaunav 三角剖分法重構(gòu) 側(cè)TIN；Luebke 等提出了一種基于頂點(diǎn)數(shù)的簡(jiǎn)化算法，它可以對(duì)任意幾何 模型進(jìn)行簡(jiǎn)化；Hoppe 將他提出的漸進(jìn)式網(wǎng)格模型也應(yīng)用到地形當(dāng)基于 OpenGL 三維分形地形的可視化研究4 中，并且提供了與視點(diǎn)相關(guān)的支 持，為了避免三角剖分給全局帶來影響，他在算法中將地形預(yù)先分成大 小相等的若干塊，在塊內(nèi)進(jìn)行漸進(jìn)式網(wǎng)格剖分。由于不能解決拼接問題， 塊與塊沒有簡(jiǎn)化，這在一定程度上影響了模型簡(jiǎn)化的效率。 近年來，國(guó)內(nèi)外在空間信息三維可視化方面的研究工作主要集中在 以下兩個(gè)方面： 1.運(yùn)用動(dòng)畫技術(shù)制作動(dòng)態(tài)地圖，可用于涉及時(shí)空變化的現(xiàn)象或概念的 可視性分析； 2.運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行地形環(huán)境仿真，真實(shí)再現(xiàn)地景，進(jìn)行交互 觀察和分析[15]。 空間信息三維可視化方面的研究存在的主要問題和解決途徑。國(guó)內(nèi) 外空間信息三維可視化方面的研究雖然取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，但或 多或少都存在著不同程度的缺陷。其原因是多方面的，有客觀因素，也 有主觀因素，主要表現(xiàn)在： （1）研究團(tuán)隊(duì)過小。空間信息三維可視化方面的研究往往是由一個(gè) 單位、幾個(gè)人開發(fā)與研制，其專業(yè)覆蓋面窄，因此涉及領(lǐng)域非常有限， 所能投入的財(cái)力、物力等也非常有限。 （2）軟件專用性較強(qiáng)，適用范圍有限，通用性差。嚴(yán)格意義上來說， 空間信息三維可視化方面的研究軟件還不能稱之為軟件，只能算是一個(gè) 針對(duì)特定問題的可視化計(jì)算程序。近幾年，雖然不斷的涌現(xiàn)出一些新的
算法，但僅能作為一些初步的嘗試，距離應(yīng)用其編制出成型的計(jì)算程序
來解決工程問題，還有相當(dāng)漫長(zhǎng)的道路。 （3）核心算法創(chuàng)新能力不足。算法是一個(gè)程序或軟件的核心，但國(guó) 內(nèi)外目前在空間信息三維可視化方面的算法研究方面，還停留在相互跟 蹤國(guó)外研究的階段，往往是國(guó)外學(xué)者提出了一種新的算法，國(guó)內(nèi)再跟蹤 研究，原始創(chuàng)新能力不足，這也是我國(guó)軟件領(lǐng)域5 甚至整個(gè)科技領(lǐng)域普 遍存在的問題。 （4）商業(yè)化程度落后。 由于空間信息三維可視化方面的研究存在 著上述諸多問題，而對(duì)于從國(guó)外引進(jìn)的一些商業(yè)軟件，在具體使用時(shí)， 不可避免的要出現(xiàn)這樣那樣的問題。由于其代碼的保密性，使我們不可 能進(jìn)入程序內(nèi)部去進(jìn)行調(diào)試和加入自己的應(yīng)用模塊。因此，開發(fā)編寫具 有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的空間信息三維可視化方面的研究具有非常重要的學(xué)術(shù) 價(jià)值和很強(qiáng)的國(guó)防應(yīng)用前景。 國(guó)內(nèi)外空間信息三維可視化方面的研究的發(fā)展趨勢(shì)。近年來，隨著 計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，空間信息三維可視化方面的研究?jī)?nèi)涵 也不斷拓展，其發(fā)展趨勢(shì)是： （1）駕馭式計(jì)算功能(computationalsteering)：即以交互的方式監(jiān)視 和干預(yù)計(jì)算過程，通過實(shí)時(shí)的可視化處理將計(jì)算結(jié)果圖像提供給用戶， 用戶通過判斷可隨時(shí)更改計(jì)算參數(shù)，從而干預(yù)整個(gè)計(jì)算過程。 （2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：通過虛擬現(xiàn)實(shí)軟件及設(shè)備將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成3D 立體圖像，使用戶更加直觀地了解發(fā)展過程。 （3）并行計(jì)算：由于基于微觀、細(xì)觀、宏觀的多尺度計(jì)算方法的不 斷發(fā)展，對(duì)計(jì)算能力提出了更高的要求，由此，多CPU 的分布式網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)將逐漸成為主流。 在數(shù)值方法方面，近年來，一些新的計(jì)算方法不斷涌現(xiàn)，主要概括 如下： （1）高精度算法：上世紀(jì)80 年代以來，以TVD、ENO、WENO 為代表的高分辨率方法占據(jù)了計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展的主流。近年來，數(shù)值 方法研究又有新的突破，一些新型算法已經(jīng)出現(xiàn)，其中有代表性的算法 有美國(guó)學(xué)者S.C.Chang 提出的時(shí)空守恒元解元（CE/SE）方法、日本學(xué)者
篇13
自 20世紀(jì) 9O年代以來,以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為特征的“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”開始在世界各地出現(xiàn),并逐步滲透到教學(xué)領(lǐng)域。作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,虛擬仿真教學(xué)對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)手段產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊,并引發(fā)了教學(xué)領(lǐng)域一系列深刻的變化。種種跡象表明,虛擬仿真教學(xué)將是今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要發(fā)展方向。本文結(jié)合多年來在航空電子裝備教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的經(jīng)驗(yàn),探索在航空電子裝備教學(xué)軟件中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的方法和心得。
2.虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介
虛擬仿真技術(shù)是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱。
2.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用三維建模技術(shù),構(gòu)建一個(gè)和現(xiàn)實(shí)世界的物體和環(huán)境相同或相似的虛擬三維場(chǎng)景,并能響應(yīng)用戶的輸進(jìn),根據(jù)用戶的不同動(dòng)作做出相應(yīng)的反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要有動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形 天生技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要側(cè)重于對(duì)真實(shí)物體物理特征的仿真,也稱為視景仿真,它主要用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和展示、貿(mào)易廣告、游戲設(shè)計(jì)等。
在航空電子裝備教學(xué)中,大量用 到對(duì)裝備的外觀 、結(jié)構(gòu) 、組成 、連接 、機(jī)安裝位置的展示 ,傳統(tǒng)教學(xué)大都采用實(shí)物展示 的方法 。近年來隨著大量航空電子裝備 的更新?lián)Q代,因受經(jīng) 費(fèi)、場(chǎng)地及使用壽命等因素的限制 ,傳統(tǒng)教學(xué)方法 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 ,而采 用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的展示方法則 以其廉價(jià) 、無場(chǎng)地限制和效果 良好得以廣泛應(yīng)用。
目前有大量成熟的軟件平臺(tái)可以進(jìn)行視景仿 真的開發(fā),主流平臺(tái)Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中,MULTIGEN公司的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) OPENFLIGHT已經(jīng)成為 了產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ,在軍事 、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用都 比較成熟 。在航空 電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作為視景仿 真開發(fā)的技術(shù)平臺(tái) ,解決物理模型的創(chuàng)建、場(chǎng)景顯示等新題目。該平臺(tái)可以達(dá)到照片級(jí) 的視景仿真效果 .同時(shí)采用嵌進(jìn) OPENGL技術(shù)來解決物理模型 的交互新題目。
2.2系統(tǒng)仿真技術(shù)
系統(tǒng)仿真技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科 .它通過建立實(shí)際系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模 型 ,利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算來達(dá)到對(duì)被仿真系統(tǒng)的分析、探究、設(shè)計(jì)等目的。系統(tǒng)仿真技術(shù)主要側(cè)重于對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的內(nèi)在機(jī)理、運(yùn)動(dòng)方式 的仿真,也稱為行為仿真。系統(tǒng)仿真技術(shù)最初主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價(jià)格昂貴、周期長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大實(shí)際系統(tǒng)試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)等少數(shù)領(lǐng)域,后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機(jī)械等一些主要產(chǎn)業(yè)部分,并進(jìn)一步擴(kuò)大到社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域。 在航空電子裝備教學(xué)中,對(duì)裝備工作原理的講解既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)方法主要通過教員的講述,配合一些靜態(tài)的圖形幫助學(xué)員理解 .教學(xué)效果主要依靠于教員的授課水平和技巧 。近年來.我們嘗試將系統(tǒng)仿 真技術(shù)應(yīng)用到航空電子裝備教學(xué)中,根據(jù)被仿真裝備的工作原理,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)裝備的不同工作狀態(tài),對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行.結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的逼真場(chǎng)景.較好地模擬實(shí)際裝備的工作情況。利用該技術(shù)開發(fā)、研制的教學(xué)軟件不但可供教員教學(xué)使用.也可供學(xué)員自學(xué),并達(dá)到了較好的教學(xué)效果。
目前,有很多成熟的系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺(tái)軟件.如 Simulink、SystemView等,這些軟件以其功能強(qiáng)大和使用方便、易用性受到廣大用戶歡迎.但價(jià)格較為昂貴,且大多未提供對(duì)外的仿真數(shù)據(jù)接口.仿真系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性、擴(kuò)展性和可變性受到很多限制。當(dāng)然也可自行開發(fā)適用 的仿真開發(fā)平臺(tái)軟件。在航空電子裝備虛擬仿真軟件的開發(fā)中我們采用的是自行開發(fā)的系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件。
3.虛擬仿真技術(shù)在航空電子裝備教學(xué)中的應(yīng)用方法和步驟
3.1建立仿真模型
這里所說的仿真模型既包括反映航空電子裝備外觀、結(jié)構(gòu)的三維物理模型 ,也包括揭示其內(nèi)在工作機(jī)理及行為的數(shù) 學(xué)模 型。對(duì)三維物理模型的建立,主要依據(jù)裝備本身的物理狀態(tài),其原則就是在盡量減小面數(shù)的同時(shí)進(jìn)步逼真度。對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立,則需要視系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行取舍和優(yōu)化,本著夠用為度的原則 ,以盡量減小運(yùn)算量。建立數(shù)學(xué)模型時(shí) ,還應(yīng)考慮到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)調(diào)整。
3.2創(chuàng)建仿真裝備的虛擬場(chǎng)景并驅(qū)動(dòng)
對(duì)于虛擬場(chǎng)景的驅(qū)動(dòng),根據(jù)使用方式的不同采用了不同的方式假如進(jìn)行的僅是裝備外觀、結(jié)構(gòu)的展示,可使用EON進(jìn)行動(dòng)作的編輯和驅(qū)動(dòng);假如需要對(duì)裝備進(jìn)行虛擬操縱仿真,則使用 GLStudio軟件先進(jìn)行操縱面板、虛擬儀表的編輯和制作,然后再利用 Vega Prime驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的交互操縱。
3.3系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成就是將上述做好的模型、場(chǎng)景按照教學(xué)軟件所需的形式將其有機(jī)的整合在一起,使之成為_個(gè)完整的 、規(guī)范的教學(xué)軟件。系統(tǒng)集成可以使用目前常用的軟件開發(fā)平臺(tái)如 VB、vc++等。由于上述虛擬現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)軟件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 軟件開發(fā)平臺(tái)的運(yùn)行插件,因此,系統(tǒng)集成變得十分方便。編寫程序時(shí),只需考慮軟件功能的布置,注重程序間的兼容性即可。
