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1、#54#煤矿机械2004年第9期Ä计算机应用Ã文章编号:1003-0794(2004)09-0054-02基于虚拟现实的机械系统分析郑俊庆,朱真才,赵继云(中国矿业大学机电与材料工程学院,江苏徐州221008)摘要:针对传统方法,在分析、设计机械系统时具有抽象性、繁琐性等缺点,介绍了在利用MATLAB、VRML等先进软件的基础上,建立起基于虚拟现实的机械系统模型,并对其进行全面地分析。关键词:虚拟现实;VRML;MATLAB;仿真中图号:TP39文献标识码:A1引言虚拟模型;其次要使虚拟模型中的各个虚拟实体获虚拟现实是一个非常广泛
2、的概念。通常意义得表性质的物理量如质量、惯量等;另外还要使其上,人们马上可以联想到带着头盔式的显示器和数/动0起来,即使各个虚拟实体获得表状态的物理量据手套进入虚幻的世界,获得渲染式的体验。但这如速度、加速度等;最后可以将所需的物理量以图表些昂贵的设备对普通用户有些遥不可及,在这里所或数据文件的形式输出。说的是互动三维空间的体验。即用计算机模拟一个下面就以机械系统中最常见的四连杆机构为三维环境,用户可以/走进0这个环境(控制浏览方例,说明如何建立虚拟现实环境和实现机械系统的向)并操纵场景中的对象,在虚拟环境中对图形进行三维仿真。同
3、时应当看到,该方法对于其他机械机/实时0渲染。构的运动具有普遍适应性。对于大多数的机械机构来说,进行系统分析往建立虚拟模型就是通过VRML语言,同HTML往只停留在公式计算、图表分析和头脑中模糊的想语言类似,它也是一种描述性语言。以节点为基本象。如果能利用虚拟现实技术进行三维仿真,使机单位,利用旋转、平移、缩放等基本操作,可以将简单械系统复杂的运动过程呈现到屏幕上,从各个角度的图形组合成所需要的虚拟实体。创建虚拟实体时观察机构运动过程,了解参数的变化对机械系统带可以直接利用VRML语言完成标识,也可以利用专来的影响,将会使机械系统
4、的分析、设计变得简洁、用软件(如VRBuider)交互式进行。同时还要安装明了、直观。综合运用VRML语言和MATLAB下的VRML的浏览器,就是它将描述性的语言转换成了Simulink、SimMechanics和VirmalRealityToolbox工具虚拟环境(见图1)。包就能很好地做到这一点,并且利用MATLAB的强大功能,还能获得各个部件的多种参数如力、速度、加速度等等。2VRML简介说到虚拟现实就不得不提及VRML(VirtualRe-alityModelingLanguage)语言。它是随着www的普及和人们对web
5、日益增长的需求而产生的一种新的模型语言,用来将一个目标对象描述成3D环境和目标布局。VRML为虚拟环境的建立提供了规范,综图1虚拟实体合了现有三维软件的景色描述语言的优点,以灵活Fig.1Virtualentity有效的方式将二维、三维图形、动画等多种效果调和为了使虚拟实体拥有质量、速度等物理量,需要在一起,形成一个综合性的单一媒体,并且用户可在在MATLAB环境,利用Simulink和SimMechanics工具场景中任意巡行,有相当大的自由度,能初步实现身包(见图2)建立起机械系统的仿真框图。SimMe-临其境。chanics
6、是MATLAB中专门针对机械系统设计的工具3用虚拟现实对机械系统进行分析的步骤包,它提供了一系列工具求解带有静力学约束、坐标用虚拟现实对机械系统进行分析,首先是建立系变换等在内的机构系统的静力学和动力学问题,2004年第9期基于虚拟现实的机械系统分析)))郑俊庆,等#55#利用牛顿动力学中力和转矩等基本概念,可以对各了这些参数,这样基于虚拟现实的仿真模型就建立种运动副连接的三维机构系统进行建模和仿真。图好了,运行仿真就能使虚拟模型再现系统的运动。4就是四连杆机构的仿真模型,它包括刚体、运动另外还可以通过改变虚拟环境中的视点和虚拟浏
7、览副、约束、驱动模块和检测模块等。器中的方向控制键,进行全方位的观察,实现身临其境、获得/沉浸感0。利用MATLAB强大的功能还可以将速度、加速度等多种输出信号连接到普通示波器上或输出到数据文件中。图2SimMechanics工具包Fig.2SimMechanicstoolbox接下来是建立虚拟实体和仿真模型之间的联系,这里要用到MATLAB中虚拟现实工具包,即Vir-图4仿真模型tualRealityToolbox(见图3)。利用其中的VRSink模Fig.4Simulationmodel块可以将仿真模型中的各种信号输入到虚拟实
8、体4结语中,并通过相应的计算结果来改变虚拟实体的位置、由上例可以看出利用VRML和MATLAB建立起角度、大小,从而达到使虚拟实体运动的目的。当然机械系统虚拟模型,在不需要掌握过多程序设计语也可以用VRSource从已建立好的虚拟模型中获得言的基础
