[发明专利]塔式起重机的模拟操作系统和模拟操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿真模拟培训系统，特别涉及一种塔式起重机的模拟操作系统以及模拟操作方法。

背景技术

由于塔式起重机在现代高层建筑中得到了广泛的应用，培训合格的塔式起重机操作人员成为了当务之急。传统式的培训方式有着效率低下、危险性高等缺点，随着虚拟现实技术和计算机图形图像技术的发展，业界开始采用计算机模拟仿真培训来替代真实培训，因此，塔式起重机的模拟培训系统得到了行业的推崇。

现有的塔式起重机的模拟培训系统通常由四部分组成：输入设备，包括操纵手柄、按钮等；数据采集系统，负责操纵指令的采集并将其传输至计算机平台；计算机平台系统，通过运行模拟培训软件驱动三维模型进行物理学计算；以及显示系统，用于场景及模型显示。

然而，现有的塔式起重机的模拟培训系统的模型驱动仅采用单一的虚拟现实软件来实现，且三维模型类型单一，动力学特性不足，场景中物体运动的物理特性失真，导致操作的真实感不强。

发明内容

本发明的目的是针对现有的塔式起重机的模拟培训系统场景中物体运动的物理特性失真，操作的真实感不强的问题，提供一种能够提供完整、真实的操作感和沉浸感、效果逼真、培训效果更好的塔式起重机的模拟操作系统和模拟操作方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种塔式起重机的模拟操作系统，该模拟操作系统包括模拟单元和显示单元，所述模拟单元包括动力学控制模块和图形学模块，所述动力学控制模块用于采集操作指令、并根据采集到的操作指令进行塔式起重机以及虚拟场景中的物体的动力学控制，所述图形学模块用于输出所述动力学控制的结果，所述显示单元用于对虚拟场景进行显示以及对所述动力学控制的结果进行显示，所述动力学控制利用动力学模拟软件Vortex来实现。

优选地，所述动力学控制是根据动力学计算的结果完成的，所述动力学计算利用动力学模拟软件Vortex来实现，所述图形学模块还用于输出所述动力学计算的结果，所述显示单元还用于对所述动力学计算的结果进行显示。

优选地，所述动力学控制模块可以包括以下中的至少一者：塔式起重机运动控制模块，用于进行塔式起重机的模拟运动控制；起重钢丝绳动力学控制模块，用于模拟起重钢丝绳及其附着物体在各种状态下的受力情况；塔式起重机钢结构变形及晃动控制模块，用于模拟塔式起重机因载荷重物及风力引起的变形和晃动；物体碰撞模拟模块，用于模拟虚拟场景中物体之间的碰撞；以及物体摩擦计算模块，用于进行虚拟场景中的相互接触的物体之间的摩擦计算。

优选地，所述图形学模块还可以用于根据所述动力学控制的结果对所述显示单元的显示进行图形渲染。

优选地，所述图形渲染利用图形渲染软件OSG来实现。

优选地，所述图形学模块可以包括以下中的至少一者：天气效果模块，用于执行天气情况模拟；物体阴影显示模块，用于控制虚拟场景中由于光照所产生的阴影显示；信息提示及数据显示模块，用于控制数据显示以及虚拟场景中的信息提示；以及音效模块，用于执行塔式起重机的工作音效模拟。

优选地，所述模拟操作系统还可以包括塔机控制器，该塔机控制器与所述模拟单元连接，用于向所述模拟单元发送所述操作指令。

优选地，所述模拟单元还可以用于向所述塔机控制器反馈所述动力学计算的结果。

本发明还提供了一种塔式起重机的模拟操作方法，该模拟操作方法包括：采集操作指令；根据采集到的操作指令进行塔式起重机以及虚拟场景中的物体的动力学控制，所述动力学控制利用动力学模拟软件Vortex来实现；输出所述动力学控制的结果；以及对虚拟场景进行显示以及对所述动力学控制的结果进行显示。

优选地，所述动力学控制是根据动力学计算的结果完成的，所述动力学计算利用动力学模拟软件Vortex来实现，该模拟操作方法还可以包括输出所述动力学计算的结果以及对所述动力学计算的结果进行显示。

优选地，所述动力学控制包括以下中的至少一者：进行塔式起重机的模拟运动控制；模拟起重钢丝绳及其附着物体在各种状态下的受力情况；模拟塔式起重机因载荷重物及风力引起的变形和晃动；模拟虚拟场景中物体之间的碰撞；以及进行虚拟场景中的相互接触的物体之间的摩擦计算。

优选地，该模拟操作方法还可以包括：根据所述动力学控制的结果对所述显示进行图形渲染。

优选地，所述图形渲染可以利用图形渲染软件OSG来实现。