起重机虚拟操作系统开发理论与实践内容简介

本书以起重机虚拟操作系统的开发为例，介绍视景系统的建模理论和技术，以及模型驱动理论和技术。全书主要包括三部分：第一部分系统地介绍了起重机的结构特点和安全操作规范，重点分析了起重机的动力学特性和货物的摆动特性；第二部分重点叙述了构建起重机和工作场景三维实体模型的理论和技术，实现起重机机构运动和场景变换的模型驱动、碰撞检测及碰撞响应的理论和技术，以及提高虚拟操作系统的真实感和运行速度的方法和技巧；第三部分介绍了虚拟操作系统应用程序发布和系统测试的方法。

本书可供高等院校、科研机构等从事机械工程、自动化和计算机应用等专业的师生和研究人员及相关领域的工程技术人员参考使用。

第1章绪论001

1.1起重机械简介001

1.1.1起重机械的基本类型001

1.1.2起重机的基本参数001

1.1.3起重机司机的培训教育与考核004

1.1.4塔式起重机安全操作考核实例005

1.2起重机虚拟操作系统008

1.2.1虚拟现实技术008

1.2.2虚拟操作系统009

1.2.3起重机操作系统开发背景010

1.2.4起重机虚拟操作系统的先进性011

1.3起重机虚拟操作系统的国内外研究现状及发展趋势011

1.3.1国内研究现状011

1.3.2国外研究现状013

1.3.3国内外发展趋势014

1.4起重机虚拟操作系统的关键技术简介014

1.4.1起重机动态特性及其在虚拟操作系统中的实现014

1.4.2三维实体模型建模技术015

1.4.3三维虚拟视景仿真技术016

1.4.4三维实体模型的碰撞检测及碰撞响应016

第2章起重机的结构特点及安全操作规程017

2.1桥门式起重机的结构及安全操作规程017

2.1.1桥门式起重机的金属结构017

2.1.2桥门式起重机运行机构019

2.1.3桥门式起重机安全操作规程019

2.2塔式起重机的结构特点及安全操作规程021

2.2.1塔式起重机金属结构021

2.2.2塔式起重机运行机构023

2.2.3塔式起重机安全操作规程024

2.3岸边集装箱起重机的结构特点及安全操作规程025

2.3.1岸边集装箱起重机的金属结构025

2.3.2岸边集装箱起重机运行机构026

2.3.3岸边集装箱起重机安全操作规程027

第3章起重机动力学模型及动态特性分析030

3.1桥式起重机动力学模型及动态特性分析030

3.1.1桥式起重机非线性动力学模型030

3.1.2桥式起重机实验台及非线性化模型验证033

3.1.3桥式起重机线性化模型及动态特性分析034

3.2塔式起重机动力学模型及动态特性分析035

3.2.1塔式起重机非线性动力学模型035

3.2.2塔式起重机实验台及非线性化模型验证038

3.2.3塔式起重机线性化模型及动态特性分析040

3.3起重机货物摆动误差分析041

3.3.1模型线性化引起的货物摆动误差分析041

3.3.2惯性力引起的货物摆动大幅值估计043

3.3.3忽略起升运动引起的货物摆动误差分析044

3.4操作环境不确定性对起重机货物摆动特性的影响046

3.4.1起吊偏摆引起的货物摆动046

3.4.2风载荷对货物摆动的影响046

3.4.3空气阻力对货物摆动的影响048

3.5门式起重机动力学模型及动态特性分析048

3.5.1门式起重机非线性动力学模型048

3.5.2门式起重机线性化模型及动态特性分析049

第4章岸边集装箱起重机虚拟操作系统总体设计051

4.1岸边集装箱起重机操作过程分析051

4.1.1岸边集装箱起重机运行机构分析051

4.1.2岸边集装箱起重机装卸船作业过程分析052

4.2岸边集装箱起重机虚拟操作系统结构设计054

4.2.1虚拟操作系统功能要求分析055

4.2.2虚拟操作系统结构组成056

4.2.3虚拟操作系统操作流程057

4.3岸边集装箱起重机虚拟操作系统开发的软、硬件平台057

4.3.1系统开发软件057

4.3.2系统开发硬件059

4.4岸边集装箱起重机虚拟操作系统开发流程060

4.4.1开发流程简介060

4.4.2开发流程分析060

第5章塔式起重机虚拟操作系统总体设计064

5.1塔式起重机操作过程分析064

5.1.1塔式起重机工作过程064

5.1.2塔式起重机操作模式066

5.2塔式起重机虚拟操作系统的功能要求067

5.3塔式起重机虚拟操作系统结构068

5.3.1塔式起重机虚拟操作系统的结构068

5.3.2塔式起重机虚拟操作系统的操作流程069

5.4塔式起重机虚拟操作系统开发流程069

5.4.1系统开发软、硬件平台070

5.4.2开发流程简介071

第6章岸边集装箱起重机虚拟操作系统三维实体建模理论与技术074

6.1建模软件Multigen Creator简介074

6.2基于Multigen Creator软件的建模理论与技术074

6.2.1常用建模技巧075

6.2.2多自由度DOF建模技术077

6.2.3模型优化技术077

6.3岸边集装箱起重机三维实体模型的创建078

6.3.1岸边集装箱起重机主体结构和几何参数078

6.3.2岸边集装箱起重机层次结构特点分析081

6.3.3创建岸边集装箱起重机几何模型082

6.3.4创建岸边集装箱起重机模型自由度节点085

6.3.5创建吊装设备几何模型085

6.4岸边集装箱起重机虚拟场景模型的创建086

6.4.1建模数据采集086

6.4.2虚拟场景模型创建087

第7章塔式起重机虚拟操作系统三维实体建模理论与技术090

7.1虚拟操作系统三维实体建模准备工作090

7.1.1数据采集090

7.1.2数据处理091

7.2塔式起重机三维实体模型的创建093

7.2.1塔式起重机的结构分析093

7.2.2塔式起重机建模方案094

7.2.3塔式起重机三维实体模型的创建094

7.3塔式起重机虚拟场景模型的创建096

7.3.1虚拟场景建模方案096

7.3.2建筑物模型097

7.3.3树木模型098

7.3.4山体模型099

7.3.5地面、路面模型100

7.4用于系统建模的高级建模技术101

7.4.1多层次LOD建模技术101

7.4.2多自由度DOF建模技术101

7.4.3纹理映射技术102

7.4.4公告牌技术102

7.5模型数据库优化技术103

7.5.1调整数据库层次结构103

7.5.2实例化技术103

7.5.3减少多边形数量104

7.5.4外部引用技术104

7.6虚拟场景建模过程中遇到的问题及解决方案105

7.6.1蓝边问题及解决方案105

7.6.2面闪烁问题及解决方案105

7.6.3模型在场景中自由漂移问题及解决方案106

第8章岸边集装箱起重机虚拟操作系统三维虚拟视景仿真技术109

8.1Vega软件简介109

8.1.1Lynx图形界面109

8.1.2Vega的API函数110

8.1.3Vega应用程序111

8.2Vega驱动技术112

8.2.1Vega应用程序的执行流程112

8.2.2Vega应用程序的初始化113

8.2.3Vega应用程序的编译114

8.3岸边集装箱起重机机构运动的实现114

8.3.1大车机构和小车机构运动的实现114

8.3.2起升机构运动的实现115

8.3.3驾驶室内外多视点的设定115

8.3.4集装箱抓取和就位动作的实现117

8.4集卡运动的实现117

8.4.1集卡路径规划和导航技术117

8.4.2集卡运动的实现118

8.5虚拟人行走119

8.5.1虚拟人行走技术119

8.5.2虚拟人行走的实现119

8.6动态海洋仿真120

8.6.1基于Vega Marine模块仿真动态海洋技术120

8.6.2动态海洋的实现121

第9章塔式起重机虚拟操作系统三维虚拟视景仿真技术123

9.1塔式起重机虚拟操作系统模型驱动123

9.1.1虚拟场景三维模型驱动123

9.1.2塔式起重机三维模型驱动125

9.2塔式起重机机构运动的实现128

9.2.1塔式起重机联动台的布局128

9.2.2起升运动的实现129

9.2.3变幅运动的实现130

9.2.4回转运动的实现131

9.2.5同时起升和回转运动的实现131

9.2.6同时起升和变幅运动的实现132

9.3货物摆动的实现133

9.3.1货物摆动特性的简单描述133

9.3.2货物摆动的实现技术及技巧134

9.4特殊效果的渲染135

9.4.1云层效果的实现136

9.4.2昼夜交替效果的实现137

9.4.3大雾效果的实现138

第10章三维实体模型的碰撞检测及碰撞响应141

10.1基于Vega的碰撞检测原理与技术141

10.1.1碰撞检测原理141

10.1.2相交矢量方法142

10.2碰撞检测分析142

10.3碰撞检测和碰撞响应的实现143

10.3.1吊具的碰撞检测144

10.3.2货物的碰撞检测145

10.3.3碰撞响应146

第11章虚拟操作系统应用程序发布及系统测试方法148

11.1应用程序发布148

11.2系统测试方法148

11.3系统性能分析150

参考文献1512100433B

《水利工程虚拟仿真系统开发技术与实践》(作者崔巍)共有8章，详细介绍了虚拟现实技术的基本理论，系统阐述了水利工程虚拟仿真系统开发的基本流程、技术方法，论述了地形建模、地物建模和水流模拟等方面的关键技术。结合引渤济锡长距离输水工程，详细阐述了其虚拟仿真系统的开发过程，重点研究了大规模三维地形地物模型构建、大地形调度管理、实时交互与信息管理等关键技术的实现方法。

《水利工程虚拟仿真系统开发技术与实践》对从事数字流域、水信息学、虚拟仿真等专业的科技人员具有较高的实用价值，也可供高等院校相关专业师生阅读参考。

《水利工程虚拟仿真系统开发技术与实践》(作者崔巍)的编写，旨在论述水利工程虚拟仿真的作用和意义，介绍相关的专业基础知识，阐述系统开发的技术方法，研究关键问题的实现途径，从而起到促进水利工程虚拟技术的推广应用，为相关人员技术水平的提高提供支撑的作用。

前言

第1章 绪论

1．1 水利工程虚拟仿真技术概述

1．2 水利工程虚拟仿真的作用和意义

1．3 虚拟仿真技术在水利行业的应用

1．4 存在的问题

1．5 本书研究主要内容

参考文献

第2章 虚拟现实技术

2．1 虚拟现实技术的概念

2．2 虚拟现实技术的发展历程

2．3 虚拟现实技术的特征

2．4 虚拟现实与相关技术的联系与区别

2．5 虚拟现实系统的组成与分类

2．6 虚拟现实技术的研究状况

2．7 虚拟现实技术的应用

2．8 虚拟现实关键技术

2．9 虚拟现实技术的发展方向

参考文献

第3章 水利工程虚拟仿真系统开发技术

3．1 虚拟仿真系统框架

3．2 虚拟场景显示技术

3．3 虚拟场景建模技术

3．4 虚拟场景建模关键技术

3．5 水流水环境模拟技术

3．6 虚拟仿真系统开发软件

参考文献

第4章 引渤济锡工程及其三维地形建模

4．1 引渤济锡工程规划概况

4．2 三维地形建模流程

4．3 三维地形建模规划

4．4 源数据的准备与加工

4．5 三维地形建模

4．6 关键技术问题

参考文献

第5章 引渤济锡工程三维地物建模与优化

5．1 Geator软件与openFlight格式

5．2 引渤济锡调水工程三维地物模型构建

5．3 建模优化策略

参考文献

第6章 引渤济锡工程信息数据库建设

6．1 数据库系统比选

6．2 数据库设计

6．3 基于ADO的数据库程序开发

参考文献

第7章 引渤济锡工程虚拟仿真系统集成

7．1 Vega平台及程序框架

7．2 大地形调度管理与实时渲染

7．3 基于Lynx与Vega APl的实时交互功能开发

7．4 基于MFc框架的vega程序开发

7．5 系统功能与重点场景展示

参考文献

第8章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

附录

附录A fst文件格式转换方法

附录B 实时交互功能部分代码

B．1 实时定义路径导航

B．2 双通道配置及变比例尺导航

B．3 三维空间点击查询

《起重机械虚拟仿真计算与分析》内容简介：虚拟仿真技术是随着计算机的兴起而发展起来的一种针对产品设计和测试评估的新技术。起重机械虚拟仿真是以起重机械的动力学、运动学模型为核心，以其他相关模型为补充，利用多领域建模工具和仿真技术，对起重机械运行状态进行仿真计算与分析，以了解起重机械运行的动力学特性。《起重机械虚拟仿真计算与分析》上篇简单介绍了虚拟仿真技术的形成、发展、应用范围以及虚拟仿真技术的动力学理论基础；中篇系统介绍了用于起重机械结构强度分析的有限元基本理论、常用的有限元单元以及其在动力学分析中的应用和动力学方程的求解方法；下篇系统介绍了虚拟仿真技术在不同类型起重机械结构分析中的应用实例，包括门式双梁、L型门式、双梁桥式、门座式等4类起重机械虚拟仿真建模、虚拟仿真计算以及结构强度计算等。

《起重机械虚拟仿真计算与分析》可供从事起重机械设计、分析、检测等工作的科技人员阅读，也可供机械设计及自动化、工程机械、固体力学、土木工程、物流机械等专业的高年级学生、研究生、教学、科研人员和有关工程技术人员参考。