[发明专利]三维虚拟仿真输电线路杆塔组塔腿吊装过程的方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机三维仿真技术领域，用于三维虚拟仿真电力输电线路施工中的塔腿吊装过程，为一种三维虚拟仿真输电线路杆塔组塔腿吊装过程的方法

背景技术

在三维虚拟仿真输电线路施工过程的塔腿吊装过程中，使用原来的物理引擎模拟现实中的塔腿吊装过程时，因为刚体计算及物体移动平衡原理不够精确，导致塔腿吊装时，在绳索拉紧后会出现塔腿抖动及跳动的情况。为了避免这个问题，本发明提出一个新方案，专门计算在塔腿吊装过程中的塔腿移动轨迹，运用新的算法计算出的移动轨迹更为精确，移动过程中可以更为流畅，同时占用的计算机资源更少。相比原来的算法更符合虚拟仿真输电线路施工过程中塔腿被吊装的移动过程。并适合所有类似移动的轨迹运算。对于同类物体在三维虚拟场景中的移动，本发明的方法都能起到较好的效果。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有技术对输电线路施工过程中塔腿吊装过程的三维虚拟仿真不够精确，会出现塔腿抖动及跳动的情况，影响仿真效果。

本发明的技术方案为：三维虚拟仿真输电线路杆塔组塔腿吊装过程的方法，三维引擎渲染出所有的相关场景，在塔材渲染的过程中，通过以下方法计算出塔材上两个固定点的位置，然后确定塔材整体中心位置及朝向，通过每帧计算确定位置，最后中间插值以完成吊装的平滑移动过程，具体过程如下：

1）三维场景渲染，对仿真场景进行渲染，在场景中布置抱杆，布置机动绞磨、被吊塔材等素材，最后进行塔材吊装动力系统的联线；

2）建立电线路杆塔组塔腿的吊装模型，包括以下参数：

H：垂直于地面的起吊抱杆，下端固定于地面，上端为固定起吊滑轮，即H高度固定；

L：右端为起吊抱杆底部，固定于地面，左端为塔腿底部，在塔腿被吊离地面前位置固定，即L的长度固定；

a：塔腿地面支点到起吊大绳捆绑点的距离，即塔腿长度，长度固定；

b：塔腿地面支点到起吊滑轮的距离，在塔腿吊离地面前，长度固定；

c：起吊滑轮到塔腿上起吊大绳捆绑点的距离，在固定的时间长度固定，随着时间的推移，被缩短或者伸长；

α：塔腿转动时塔腿与地面外侧的夹角，α=180-β-γ；

β：塔腿地面支点与起吊滑轮连线、塔腿之间的夹角，a、b、c长度已知，利用反三角函数β=Arccosβ，即可确定β；

γ：塔腿地面支点与起吊滑轮连线、地面两者之间的夹角，通过sinγ=H/b及反三角函数γ=Arcsinγ求出γ的值，且γ值固定不变；

3）仿真中，机动绞磨拉动起吊大绳，拉动速度恒定不变，在固定时间内起吊大绳c的长度变化恒定，根据步骤2）对α的定义推导出α的度数，即可算出塔腿在起吊大绳变化的时间段内转动的角度；

4）根据步骤3）塔腿在起吊大绳变化的时间段内转动的角度确定塔腿的变化情况，并直接计算出塔腿两端及中心点的位置，在三维虚拟场景中完成对塔腿吊装过程的仿真模拟。

本发明使用在三维虚拟仿真条件下，在输电线路虚拟施工过程中，塔腿吊装过程的模拟，通过使用这个算法过程的虚拟仿真，使得塔腿运动规律更符合实际情况，吊装过程更加逼真。本发明建立在在三维渲染模块及脚本控制模块的基础上，使用DirectX自带物理引擎实现，现在在普通的三维渲染条件下，通过本发明方法，即可对塔腿的移动进行控制。

附图说明

图1为本发明搭建的三维电线路杆塔组塔腿的吊装模型示意图。

具体实施方式

下面具体说明本发明的实施。

在三维虚拟场景中，模拟特殊条件下的物体移动，本发明方法适合于虚拟仿真输电线路施工过程中的塔腿吊装过程。

主要模拟方向包括：塔腿移动过程、机动绞磨机不断收绳、在塔腿移动的过程中为了使塔腿不与已经组立的塔身发生碰撞，塔腿尾部有工作人员通过控制绳以及机动绞磨对塔腿离塔身的水平距离进行控制。

运动方式包括：机动绞磨缓慢收放吊装绳，工作人员结合塔腿与塔身的相对位置收放控制绳。工作人员及绞磨控制的吊点不变，控制绳及牵引绳连接至塔腿不同位置：牵引绳连接塔腿头部、控制绳连接塔腿尾部。根据控制绳和牵引绳的改变，塔材在空中不断移动位置。

首先，三维引擎渲染出所有的相关场景。在塔材渲染的过程中，通过以下方法计算出塔材上两个固定点的位置，然后确定塔材整体中心位置及朝向，通过每帧计算确定位置，最后中间插值以完成平滑移动过程。

具体过程如下：