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基于OpenGL的甲板人员作业虚拟仿真系统研究

作 者: 马登云
导 师: 王能建
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 虚拟人?虚拟群组?群组行为仿真?OpenGL?出动回收
分类号: TP391.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 48次
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内容摘要


航母的出动回收能力代表了其战斗力,对航母出动回收流程的研究有助于评估其效能,为航母的设计提供依据。美国尼米兹航空母舰的军事演习结果表明,除各种设备因素外,人员因素对航母出动回收过程也有重要影响。本文以相关试验数据为基础,使用虚拟人模拟航母甲板工作人员,把舰面作业中工作人员的活动抽象为虚拟群组行为,并编写出了三维仿真程序。首先,本文采用骨骼动画的思想,建立了虚拟人的关节-骨骼模型并进行了简化,使用OpenGL函数绘制虚拟人骨骼来表示虚拟人的几何外观。建立了虚拟人的关节坐标系统并详细设定各关节处的旋转属性,包括旋转自由度、旋转顺序和旋转角范围。在此基础上,使用齐次坐标矩阵变换来描述虚拟人的动作。在程序中使用局部有限状态机来实现虚拟人的动作变化过程。其次,以美国尼米兹航母甲板工作人员组织为背景,将程序中使用的虚拟人按物理特征分为几个群组,建立了全局有限状态机模型描述所有虚拟人个体可能处于的状态。将航母甲板工作人员的活动看作有指导的群组行为,设计了一个事件消息驱动的虚拟群组行为仿真框架。以舰载机为发送消息的主体,以飞机选择虚拟人协助执行任务为事件,完成了虚拟人与舰载机的关联协作与虚拟人状态更新过程。第三,以典型的集中起飞、降落、机务保障作业信息以数据来源,统计了顺序选择模式下各作业周期中的人员最大使用人数和单人最长工作时间。对比统计了循环选择模式下相同作业周期中人员使用人次及工作时间。相关统计数据可以用来分析作业效率及人员工作强度,为评估人员数量配置和人员分配方式提供依据。最后,本文在VC2003和SQL Server2000软件环境中,使用OpenGL函数库,编写了航母甲板虚拟人作业仿真程序。该程序在仿真速度上明显优于之前在Vega下开发的视景仿真程序,对计算机的硬件环境要求较低。同时,程序具有很好的扩展性和移植性。

全文目录


摘要??5-6
ABSTRACT??6-10
第1章 绪论??10-16
??1.1 课题背景与研究意义??10-11
??1.2 虚拟人技术研究现状??11-13
????1.2.1 虚拟人技术概念与应用??11-12
????1.2.2 国外研究现状??12-13
????1.2.3 国内研究现状??13
??1.3 论文主要工作内容与结构安排??13-16
第2章 出动回收能力与人员组织??16-24
??2.1 航母舰载机出动回收流程??16-17
??2.2 航母出动回收流程相关设备因素??17-18
??2.3 人员因素对出动回收能力的影响??18-20
??2.4 航母甲板工作人员组织??20-22
??2.5 航母人员工作模式??22-23
??2.6 本章小结??23-24
第3章 个体虚拟人建模??24-36
??3.1 虚拟人常用表示模型??24-25
??3.2 虚拟人几何模型??25-28
????3.2.1 骨骼动画技术原理??25-26
????3.2.2 虚拟人关节-骨骼模型??26-27
????3.2.3 虚拟人几何外观表示??27-28
??3.3 虚拟人的动作表示??28-30
????3.3.1 虚拟人关节坐标系统??28-29
????3.3.2 虚拟人的姿态描述??29-30
??3.4 虚拟人的动作控制实现??30-35
????3.4.1 虚拟人动作变化数学描述??31-32
????3.4.2 虚拟人动作控制常用技术??32-33
????3.4.3 局部有限状态机下的动作控制??33-35
??3.5 本章小结??35-36
第4章 甲板虚拟人群组行为仿真分析??36-51
??4.1 虚拟人群组行为简介??36-38
????4.1.1 虚拟人群行为控制方法??36-37
????4.1.2 航母甲板上的典型群组行为??37-38
??4.2 航母甲板虚拟人群组织??38-40
????4.2.1 美国尼米兹航母甲板工作人员组成??38-39
????4.2.2 甲板虚拟人群组分类??39-40
??4.3 甲板虚拟人群组行为??40-45
????4.3.1 虚拟群组行为框架??40-41
????4.3.2 虚拟人与舰载机的关联协作??41-43
????4.3.3 虚拟人状态更新过程??43-45
??4.4 典型作业人员使用分析??45-50
????4.4.1 典型起飞作业人员工作时间统计??46-47
????4.4.2 典型降落作业人员工作时间统计??47-48
????4.4.3 典型机务保障作业人员工作时间统计??48-49
????4.4.4 循环选择情况下人员工作时间统计??49-50
??4.5 本章小结??50-51
第5章 基于 OpenGL 的甲板虚拟人作业仿真系统??51-59
??5.1 仿真系统软件环境??51
??5.2 仿真系统相关技术??51-57
????5.2.1 模型处理??51-53
????5.2.2 场景生成??53
????5.2.3 视点控制??53-55
????5.2.4 公告板技术??55-56
????5.2.5 粒子系统??56-57
??5.3 仿真结果示例??57-58
??5.4 本章小结??58-59
结论??59-61
参考文献??61-66
致谢??66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 计算机仿真
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