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《南京理工大学》 2007年
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火炮虚拟现实技术研究

杭燚  
【摘要】: 为了改善现代火炮的设计方法,本文运用多体系统动力学理论和虚拟现实技术建立了火炮虚拟现实系统。具体工作主要包括以下几个方面:(1)根据火炮武器结构组成和零件外形复杂的特点,对三维实体建模理论与软件进行了分析研究,采用NURBS造型理论建立了某履带式自行火炮的三维实体模型;(2)在对三维实体模型和虚拟现实多边形模型进行对比分析的基础上,探讨了三维实体模型向虚拟现实多边形模型转换的多种技术途径,提出了一种基于STL格式的有效转换方法,对层次建模、LOD、纹理映射等关键技术进行了研究,有效地提高了建模质量和效果;(3)以多体系统动力学理论为基础,建立了某履带式自行火炮的多刚体发射动力学模型,考虑了弹丸与膛线、炮身与摇架衬板、摇架齿弧与高低机主齿轮等的接触/碰撞,对火炮武器的发射过程进行了仿真分析,获得的火炮主要零部件动力特性和动态响应与实验结果符合较好;(4)为了建立火炮立靶密集度模型,对各种随机因素的计算机模拟方法进行了研究,,在考虑随机因素的条件下,对内弹道、全炮多体系统动力学、外弹道等进行联合仿真,获得随机的靶着点,应用中间偏差模型获得火炮武器的立靶密集度,计算机仿真结果与实弹射击数据较为吻合,可以为火炮虚拟现实系统中模型的驱动提供可靠的数据支持;(5)研究了地理环境的建模方法,采用Delaunay法建立了一个复杂的虚拟场景,包括自然环境、人文环境以及若干仿真实体,实现了对场景规模大、实时性、真实性和交互性要求高的火炮漫游与发射场地的虚物实化,达到虚拟场景的真实感和实时性的良好结合,为火炮的漫游与发射提供一个逼真的虚拟环境;(6)根据火炮发射时的实际物理规律,定义了模型的自由度并完成了火炮在不同气象条件下虚拟场景中的漫游。结合Vega的各个关键类并通过Vega的API函数开发,完成模型的驱动及视点的控制,使火炮模型能够在虚拟现实系统中真实的运动。通过火炮发射的实时显示、火光及三维声响的展示,将火炮—环境—开发人员融为一体。建立了火炮虚拟试验系统,使用户既可以控制火炮模型,也可以体验火炮在各种工况下的发射状况。 研究结果表明,该系统可以模拟火炮发射的整个过程,并具有良好的实时性,采用该系统可以缩短现代火炮的研究周期和研究成本。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TJ301

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