一种基于ODE物理引擎的车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法技术

一种基于ODE物理引擎的车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法，本发明专利技术涉及车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法。本发明专利技术是要解决现有技术需要耗费大量的人力、物力和财力，并且现有技术研究效率低，周期长的问题。本发明专利技术是通过一、读取以SEDRIS标准表示的地形高程数据；二、通过读取地形高程数据构建三维地形模型；三、构建模拟真实车辆的车辆模型；四、根据真实车辆的车辆模型的基本参数完成车辆的通过性分析；五、利用HIT-TENA中的资源封装工具将车辆的通过性分析的程序封装为通过效应组件等步骤实现的。本发明专利技术应用于车辆地形通过性仿真分析组件的设计领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法，特别涉及一种基于ODE物理引擎的车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法。
技术介绍
为满足国防和军事领域建模与仿真技术的需求，美国国防部开发了试验训练使能体系结构(Test and Training Enabling Architecture, TENA)。哈尔滨工业大学借鉴了TENA的基础上提出了符合国内研究现状的通用试验训练体系结构HIT-TENA。图1所示为HIT-TENA体系结构，图中标色部分为环境资源应用。环境资源包括地形、海洋、空间、大气等综合自然环境，及声、电磁、光等人工技术和战术环境。HIT-TENA所有的试验都是发生在一定的环境条件中，环境资源的构建效果直接影响着仿真结果，对于参试设备性能的评估与提升也起着不可忽略的作用。在军事与国防领域中，地形环境是整个综合自然环境中重要组成部分。作为日常生活和军事活动中最常见的交通工具，地形的起伏性对车辆的行进有很大的影响。在对车辆的地形通过性测试中，由其对于坦克和军用越野车，一直延续着设计-试制-试验-改进的车辆研究模式。这样的模式显然需要耗费大量的人力、物力和财力，并且研究效率不高，周期长。国内现有的大型虚拟平台中，也具有地形环境仿真部分，但是对于地形环境和车辆交互方面的技术研究主要集中在场景的实时可视化显示、车辆建模和地形环境效应建模等单个方面，还没有完整的可运用于实际作战仿真的试验训练体系结构。因此，在试验训练体系结构中构建地形环境资源，实现地形环境资源与车辆资源的信息交互，进行车辆的地形通过性仿真，是提升试验训练体系结构竞争力的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术需要耗费大量的人力、物力和财力，并且现有技术研究效率低，周期长的问题，而提出的一种基于ODE物理引擎的车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法。上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的:步骤一、在Visual Stud1平台上，使用GDAL函数库读取以SEDRIS标准表示的地形高程数据；步骤二、利用ODE物理引擎构造动力学仿真模型，在动力学仿真模型中通过读取地形高程数据构建三维地形模型；步骤三、设定真实车辆的初始位置，利用ODE物理引擎构造动力学仿真模型，在动力学仿真模型中根据真实车辆的车辆模型的数据和ODE引擎中的hinge-2关节构建模拟真实车辆的车辆模型；其中，真实车辆的车辆模型的数据包括车辆的长、宽、高以及车轮的直径；步骤四、实时获取在三维地形模型中真实车辆的车辆模型的基本参数，根据真实车辆的车辆模型的基本参数完成车辆的通过性分析；其中，真实车辆的车辆模型的基本参数包括车辆的速度、位置和加速度；步骤五、利用HIT-TENA中的资源封装工具将车辆的通过性分析的程序封装为通过效应组件；其中，将车辆的通过性分析的程序封装为通过效应组件具体为:(I)、将获取真实车辆的车辆模型的通过性分析信息的接口封装为信息化体系结构HIT-TENA能够加载的资源组件；(2)、利用HIT-TENA中的平台组件封装工具的模板封装功能将车辆的通过性分析的程序生成代码框架。专利技术效果本专利技术是利用开源物理引擎ODE (Open Dynamic Engine)而设计的车辆地形通过性仿真分析组件。车辆的通过效应是是虚拟试验中地形环境资源重要组成部分，地形通过效应组件通过实时分析车辆在地形环境中的通过性，发布车辆位置信息及速度信息实现地形环境资源应用与其它参试设备的信息交互。车辆地形通过性仿真分析组件对于提高虚拟试验的可信性、环境资源的可重用性，完善虚拟环境资源具有重要意义。随着近年来虚拟现实技术逐渐得到发展与完善，通过虚拟现实技术进行地形通过性分析具有成本低、使用方便、周期短和覆盖面广的优点。周期短:目前的车辆通过性测试都是在试验场进行的实车测量，在真实实验场地采用真实车辆进行地形通过性分析实验时，需要提前准备实验场地及实验车辆，并且在大面积的场地中实验需要数天时间，周期较长。而本专利技术中采用虚拟现实技术，节约了实验前的准备时间，并且车辆模型在三维地形模型上的仿真行驶时间也大大缩短。与实车测量相比，本专利技术将试验周期从以天为单位的数量级降到以小时为单位的数量级，具有周期短的优点。覆盖面广:在实际实验场地中进行实车实验时，考虑到实际场地的限制，地形的坡度等地理因素有很大的限制。而本专利技术中采用三维地形模型进行仿真，对地形的坡度、材质没有限制，具有覆盖面广的优点。 本专利技术为通用试验训练体系结构HIT-TENA构建车辆的地形通过性组件，是HIT-TENA体系环境资源应用中的地形环境资源的组成部分。HIT-TENA体系中的地形环境数据库是基于综合环境数据表示与交换规范(Synthetic Environment DataRepresentat1n and Interchange Specificat1n，SEDRIS)构建的，包括高程数据、文化特征数据、纹理数据和3D模型文件，实现了地形环境数据的完整表示和无歧义交互。本专利技术针对HIT-TENA体系的地形环境资源中的高程数据(DEM)，设计出车辆的地形通过性分析组件。为了对车辆模型进行动力学仿真，模拟车辆在地形上行进时的受力分析并在车辆与周围环境进行碰撞时进行碰撞检测，需要采用物理引擎。目前常见的物理引擎有Havok, Physx, Bullet以及0DE。本专利技术采用由Russell Smith主要开发的开源物理引擎0DE，具有以下优点:1、特别适合于对铰接式刚体结构的模拟；2、具有快速、强健、稳定的特点，适用于交互式环境或者实时环境的模拟；3、采用“硬”连接的方式，而其它物理引擎则用虚拟弹簧表示两个物体之间的连接关系，但是这样很难模拟出正确的碰撞效果，而且极易出错；4、支持的碰撞空间有:四叉树空间、哈希空间、简单空间；5、使用快速的一阶积分器，具有可自选的时间步性；本专利技术分析了车辆直线行驶、转弯、爬坡几类行驶状态下的力学关系和运动学关系，针对HIT-TENA体系中的以SEDRIS标准表示的地形环境数据，构建出三维地形模型。为实现车辆模型的动力学模拟，采用ODE物理引擎进行力学分析及碰撞检测，实现对车辆模型的地形通过性分析。为实现HIT-TENA体系中各种资源的互操作、重用和可组合，利用TA资源封装工具进行了地形通过性组件封装。该组件完善了试验训练体系结构的试验资源，提升了试验训练体系结构的可信度，在虚拟现实领域中具有重要的应用价值。本专利技术为提高虚拟试验的可信性、环境资源的可重用性，完善虚拟环境资源，设计了基于开源物理引擎ODE的车辆地形通过性仿真分析组件。与现有的大型虚拟平台中的地形仿真技术相比，本专利技术将场景的实时可视化显示、车辆建模和地形环境效应建模结合，实时进行地形通过性分析，实现了地形环境资源与车辆资源的信息交互。本设计具有使用可信性高，可重用性好，通用性强，应用广泛等特点。【附图说明】图1为
技术介绍
提出的HIT-TENA体系结构示意图；图2为【具体实施方式】三提出的TIN算法构建三维地形模型示意图；图3(a)为【具体实施方式】三提出的三维地形模型远视图；图3(b)为【具体实施方式】三提出的三维地形模型近视图；图4为【具体实施方式】一提出的真实车辆的车辆模型示意图；图5为【具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ODE物理引擎的车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法，其特征在于一种基于ODE物理引擎的车辆地形通过性仿真分析组件的设计方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、在Visual Studio平台上，使用GDAL函数库读取以SEDRIS标准表示的地形高程数据；步骤二、利用ODE物理引擎构造动力学仿真模型，在动力学仿真模型中通过读取地形高程数据构建三维地形模型；步骤三、设定真实车辆的初始位置，利用ODE物理引擎构造动力学仿真模型，在动力学仿真模型中根据真实车辆的车辆模型的数据和ODE引擎中的hinge‑2关节构建模拟真实车辆的车辆模型；其中，真实车辆的车辆模型的数据包括车辆的长、宽、高以及车轮的直径；步骤四、实时获取在三维地形模型中真实车辆的车辆模型的基本参数，根据真实车辆的车辆模型的基本参数完成车辆的通过性分析；其中，真实车辆的车辆模型的基本参数包括车辆的速度、位置和加速度；步骤五、利用HIT‑TENA中的资源封装工具将车辆的通过性分析的程序封装为通过效应组件；其中，将车辆的通过性分析的程序封装为通过效应组件具体为:(1)、将获取真实车辆的车辆模型的通过性分析信息的接口封装为信息化体系结构HIT‑TENA能够加载的资源组件；(2)、利用HIT‑TENA中的平台组件封装工具的模板封装功能将车辆的通过性分析的程序生成代码框架。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许永辉，杨京礼，魏长安，毛一农，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23