塔式起重机操作模拟培训虚拟现实软件系统技术方案

本发明专利技术公开了一种塔式起重机操作模拟培训虚拟现实软件系统。选择第十一界全运会自行车馆建筑工地以及用于建设的ＱＴＺ１２５塔式起重机作为建模对象，采用三维建模软件Ｍｕｌｔｉｇｅｎ－Ｃｒｅａｔｏｒ，根据ＱＴＺ１２５塔式起重机的图纸、建筑工地以及周边环境建立塔式起重机三维模型和工地场景及周边环境模型，在ＶＣ＋＋编辑环境中通过Ｖｅｇａ编程实现塔式起重机模型和场景模型的实时驱动。本发明专利技术是塔式起重机操作模拟培训系统的软件部分，再现塔式起重机的工作过程和场景变化，模拟白天、黑夜、雾等三维视景的生成和变化，专供塔式起重机驾驶员培训使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种虚拟现实软件系统，特别是一种塔式起重机操作模拟培训虚拟现实软件系统，是塔式起重机操作模拟培训系统的软件部分。属于虚拟现实

技术介绍
目前，塔式起重机驾驶员的培训是通过师傅带徒弟的方式来完成的，这种传统的教授方式受人为因素的影响，存在着事故率高、培训时间长、培训内容欠规范、受天气条件的限制、效率低等问题。随着现代科学技术的迅速发展和建筑施工水平及管理水平的提高，使利用计算机系统对塔式起重机驾驶员进行高素质的驾驶培训成为可能。为此，研究与开发集机一电一自动化一虚拟现实技术于一体的多功能塔式起重机操作模拟培训系统，用于塔式起重机驾驶员的操作模拟培训成为可能。目前，我国尚没有塔式起重机操作模拟训练系统。如何使塔式起重机操作模拟培训系统真实再现塔式起重机的工作过程、场景变化、天气变化的关键技术是如何根据学员的操作命令，在视景系统上显示塔式起重机的变幅、回转、起升运动，实现起吊、运输、就位、空行程一个完整的工作过程，模拟白天、黑夜、阴、风、雨、雪、雾等三维视景的生成和变化，真实再现塔式起重机周边工作场景。本专利技术公开一种虚拟现实软件系统，基于Multigen-Creator软件针对QTZ125塔式起重机进行三维建模和第十一界全运会自行车馆建筑工地场景建模，在￥0++编辑环境中，通过Vega编程实现塔式起重机模型和场景模型的实时驱动，真实再现塔式起重机的工作过程、场景变化、天气变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种塔式起重机操作模拟培训虚拟现实软件系统，将这一软件安装在塔式起重机操作模拟培训系统上，能真实再现塔式起重机的工作过程、场景变化、天气变化。本专利技术通过如下技术方案实现选择第十一界全运会自行车馆建筑工地以及用于建设的QTZ125塔式起重机作为虚拟现实软件系统的建模对象，采用三维建模软件Multigen-Creator，根据QTZ125塔式起重机的图纸，建筑工地以及周边环境的建筑物、道路、山、田野等实地测量数据，分别建立逼真的塔式起重机三维模型和真实工地场景及周边环境模型。在Vega的图形用户界面LynX中导入建好的模型文件.flt，设置相关参数后，保存成.adf格式文件，在￥0++编辑环境中，通过Vega编程实现塔式起重机模型和场景模型的实时驱动，达到用户、塔式起重机和场景的实时交互，真实再现塔式起重机的工作过程和场景变化，模拟白天、黑夜、雾等三维视景的生成和变化，Vega应用程序主框架如图1所示。塔式起重机建模技术方案。塔式起重机建模方案流程图如图2所示，通过QTZ125塔式起重机的机械图纸获得塔式起重机各部件的形状和尺寸，根据这些数据用三维建模软件Creator建立塔式起重机三维模型；用数码相机在生产厂家、建筑工地实地拍摄正面照片，利用Photosh叩软件处理成Vega支持的纹理；给塔式起重机三维模型贴纹理，创建出逼真的塔式起重机模型。基于QTZ125塔式起重机的结构特点和Creator建模软件的特点，确定塔式起重机建模流程图如图3所示，塔式起重机的三维实体建模思路为由点到面、由面到体。利用Creator软件提供的Polygen工具，根据塔式起重机的实际形状、尺寸，实时改变网格间距和坐标系原点的位置，绘出部件的平面图；然后利用墙体、锥体、旋转、放样等工具，实现平面图到立体图的转化；再通过旋转、平移、比例縮放、种植等方法，建立整个塔式起重机的实体模型。场景建模技术方案。根据实际情况对整个建筑工地和周边环境的物体分布进行总体规划，场景建模方案流程图如图4所示。根据实际场景中地面和路面的尺寸、物理特征及分布情况，用Creator提供的Strip Face工具建立地面和路面模型，然后采用外部引用功能，将多个建筑物进行移动、旋转放到合适的位置上，实现整个场景的整合。在运行场景时，通过外部引用的物体模型并不立即装入，而是当该物体进入视野内时才会渲染。所以，通过外部引用可以有效地降低模型数据库的规模，节省内存空间和储存空间，便于模型的创建和修改，提高系统资源的利用率。地面和路面建模流程图如图5所示。利用Creator中的Polygen工具，创建了地面多边形，大小为2000米X2000米。在此地面上根据实际环境，用Creator提供的Strip Face工具，根据实践尺寸创建路面，并贴上了路面的纹理。创建好路面之后，在层级视图中，将所有路面选中，用鼠标拖动到地面节点下，使所有的路面成为地面的子面，然后选中所有的路面及地面，利用平面修改工具箱ModFace中的CutSubfaces工具，将所有的面打碎，然后选中所有的面，再用平面修改工具箱ModFace中的Combine Faces工具，将所有的面合并，创建出完美的地面和路面。建筑物建模流程图如图6所示。塔式起重机的工地及周边环境存在着各种形状的建筑物，建筑物模型的逼真度直接影响着场景的逼真性。用Creator面工具箱Face中的Polygon工具，建立建筑物的地基形状，选中此地基面，用几何体工具箱Geometry中的各种工具，根据建筑物的高度值，生成了三维的实体模型，例如:自行车馆钢结构呈偏心椭圆形，外形酷似自行车手戴的车帽；对于平房，在完成墙体建模之后，选中墙体的顶面，在几何体工具箱Geometry中选择屋顶Roof工具，在屋顶Roof的对话框里，选择屋顶的类型，设置屋顶的高度、屋檐的宽度等参数，完成屋顶的创建。针对建筑物模型的所有面，根据实际材质、颜色贴上纹理，在不增加多边形面数的情况下，极大地增强了场景的逼真性。树和路灯建模流程图如图7、图8所示。利用Creator中的立面工具Billboard创建单面树、双面交叉树，树的纹理为rgba格式，即带通道的纹理，道路两旁的树采用了模型实例化技术，这样大量减少内存空间，节省系统资源，提高运行效率。路灯的创建方法与树的创建方法相同。山的建模流程图如图9所示。根据山的方圆尺寸、高度数据，用Face工具箱中的多边形工具Polygon创建山的底面的大体形状，然后，在视图面板中的Offset中输入一个正数，使网格升高一个高度值，再用Polygon工具画出山体的横截面的形状，以此类推，分别画出不同高度山体的横截面形状。将视图面板中的Offset的值设为零，再选中所有的面，使用Geometry工具箱中的Loft工具，将刚才所创建的面生成为一个山的形状。在点模式下，使用ModVertex工具箱中的Modify Vertex工具，对顶点进行适当的移动，直到与山的真实形状相同为止。根据山的真实颜色、树木种类、岩石的材质进行贴纹理。天气变化技术方案。用Vega的图形用户界面LynX，在虚拟环境中模拟出云层、地表雾、昼夜交替变化等天气和自然现象，极大地提高了虚拟场景的视觉效果和可信度，可以增强虚拟环境的真实性和感染力，给人身临其境的感觉。云层、昼夜交替变化等环境效果添加流程图如图IO所示。云层的添加。在图形用户界面LynX中，在图标栏中点击Environment Effects图标，会弹出Environment Effects的面板，在菜单"Environment—Effects"下单击"New…"，在弹出的实例命名对话框中输入"cloud"。单击环境效果面板中的"Type"下拉菜单，选择"HingedCl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塔式起重机操作模拟培训虚拟现实软件系统，其特征在于：选择第十一界全运会自行车馆建筑工地以及用于建设的ＱＴＺ１２５塔式起重机作为虚拟现实软件系统的建模对象，采用三维建模软件Ｍｕｌｔｉｇｅｎ－Ｃｒｅａｔｏｒ，根据ＱＴＺ１２５塔式起重机的图纸以及周边环境建立逼真的塔式起重机三维模型和真实工地场景及周边环境模型，在ＶＣ＋＋编辑环境中，通过Ｖｅｇａ编程实现塔式起重机模型和场景模型的实时驱动，达到用户、塔式起重机和场景的实时交互，真实再现塔式起重机的工作过程和场景变化，模拟白天、黑夜、雾等三维视景的生成和变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董明晓，徐书娟，脱建智，胡长涛，朱翠兰，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：88[]