[发明专利]面向船体吊装规划与作业训练的快速动力学仿真实现方法

说明书

一种面向船体吊装规划与作业训练的快速动力学仿真实现方法，根据计算机辅助设计系统生成的三角网格模型得到对象的体积、质心和转动惯量，通过设置阻尼和摩擦参数，建立吊装系统的钢绳的动力学模型并进行刚柔锚点连接，通过设置吊装路径后，经吊装仿真动力学求解实现快速动力学仿真；本发明能够支持各类船体分段和设备吊装过程的3D虚拟规划与仿真分析，从而可用于船体建造和大件舾装过程中分段及设备吊装方案规划和3D交互式作业训练。

技术领域

本发明涉及的是一种虚拟仿真领域的技术，具体是一种面向船体吊装规划与作业训练的快速动力学仿真实现方法。

背景技术

现代化的控制技术及计算机仿真技术为重大件吊装问题提供虚拟环境下的仿真实现途径，现有的虚拟环境下的仿真方法，可以分为三维动作仿真方法、有限元分析方法、动力学分析方法，其中三维动作仿真方法只考虑了三维模型位姿的变化，仿真较为粗略；有限元分析方法效率较低、精度难以保证，同时实用性差，不能满足吊装规划和作业训练的需要；现有动力学仿真方法则存在着吊装场景搭建工作量大、仿真实时性差，吊装方案难以修改、仿真结果分析麻烦等缺点。

发明内容

本发明针对现有动力学法对于船舶建造的吊装过程中的柔性体的离散刚体替代式模拟方法难以适应船舶分段与设备的交互式吊装作业规划，也难以与虚拟吊装设备结合实现交互式吊装操作训练的缺陷，提出了一种面向船体吊装规划与作业训练的快速动力学仿真实现方法，能够支持各类船体分段和设备吊装过程的3D虚拟规划与仿真分析，从而可用于船体建造和大件舾装过程中分段及设备吊装方案规划和3D交互式作业训练。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种面向船体吊装规划与作业训练的快速动力学仿真实现方法，根据计算机辅助设计系统生成的三角网格模型得到对象的体积、质心和转动惯量，通过设置阻尼和摩擦参数，建立吊装系统的钢绳的动力学模型并进行刚柔锚点连接，通过设置吊装路径后，经吊装仿真动力学求解实现快速动力学仿真。

所述的三角网格模型，以OSG三维引擎为基础，采用osg格式和ive格式的文件，该模型中的三维对象以三维面片顶点-顶点索引/面片向量的方式存储。

所述的对象的体积，通过以下方式得到：将物体三角网格模型至于直角坐标系第一卦限，模型的表面三角面片向OXY平面做投影，得到n个棱柱，棱柱上表面是某一个三角面片，下表面是此三角面片在OXY平面上的投影，当三角面片法向与z方向的点积为正时，对应的棱柱体积为正，否则则为负，计算第i个面片对应的棱柱体积V_i，i＝0，1，2···n，则物体的总体积为：

所述的质心，通过以下方式得到：将物体的n个面片向OXY平面做投影，得到n个对应的棱柱的体积V_i，i＝0，1，…n，则物体的质心x，y方向分量为：同理将物体的n个面片向OXZ平面做投影则物体的质心z方向分量为：，其中：r_x，r_y，r_z分别为质心坐标的x,y,z向分量；V_i为第i个棱柱的体积；ρ为物体的密度；V为物体的体积。