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第1章 绪论1

1.1 起重机械简介1

1.1.1 起重机械的基本类型1

1.1.2 起重机的基本参数1

1.1.3 起重机司机的培训教育与考核4

1.1.4 塔式起重机安全操作考核实例5

1.2 起重机虚拟操作系统8

1.2.1 虚拟现实技术8

1.2.2 虚拟操作系统9

1.2.3 起重机操作系统开发背景10

1.2.4 起重机虚拟操作系统的先进性11

1.3 起重机虚拟操作系统的国内外研究现状及发展趋势11

1.3.1 国内研究现状11

1.3.2 国外研究现状13

1.3.3 国内外发展趋势14

1.4 起重机虚拟操作系统的关键技术简介14

1.4.1 起重机动态特性及其在虚拟操作系统中的实现14

1.4.2 三维实体模型建模技术15

1.4.3 三维虚拟视景仿真技术16

1.4.4 三维实体模型的碰撞检测及碰撞响应16

第2章 起重机的结构特点及安全操作规程17

2.1 桥门式起重机的结构及安全操作规程17

2.1.1 桥门式起重机的金属结构17

2.1.2 桥门式起重机运行机构19

2.1.3 桥门式起重机安全操作规程19

2.2 塔式起重机的结构特点及安全操作规程21

2.2.1 塔式起重机金属结构21

2.2.2 塔式起重机运行机构23

2.2.3 塔式起重机安全操作规程24

2.3 岸边集装箱起重机的结构特点及安全操作规程25

2.3.1 岸边集装箱起重机的金属结构25

2.3.2 岸边集装箱起重机运行机构26

2.3.3 岸边集装箱起重机安全操作规程27

第3章 起重机动力学模型及动态特性分析30

3.1 桥式起重机动力学模型及动态特性分析30

3.1.1 桥式起重机非线性动力学模型30

3.1.2 桥式起重机实验台及非线性化模型验证33

3.1.3 桥式起重机线性化模型及动态特性分析34

3.2 塔式起重机动力学模型及动态特性分析35

3.2.1 塔式起重机非线性动力学模型35

3.2.2 塔式起重机实验台及非线性化模型验证38

3.2.3 塔式起重机线性化模型及动态特性分析40

3.3 起重机货物摆动误差分析41

3.3.1 模型线性化引起的货物摆动误差分析41

3.3.2 惯性力引起的货物摆动最大幅值估计43

3.3.3 忽略起升运动引起的货物摆动误差分析44

3.4 操作环境不确定性对起重机货物摆动特性的影响46

3.4.1 起吊偏摆引起的货物摆动46

3.4.2 风载荷对货物摆动的影响46

3.4.3 空气阻力对货物摆动的影响48

3.5 门式起重机动力学模型及动态特性分析48

3.5.1 门式起重机非线性动力学模型48

3.5.2 门式起重机线性化模型及动态特性分析49

第4章 岸边集装箱起重机虚拟操作系统总体设计51

4.1 岸边集装箱起重机操作过程分析51

4.1.1 岸边集装箱起重机运行机构分析51

4.1.2 岸边集装箱起重机装卸船作业过程分析52

4.2 岸边集装箱起重机虚拟操作系统结构设计54

4.2.1 虚拟操作系统功能要求分析55

4.2.2 虚拟操作系统结构组成56

4.2.3 虚拟操作系统操作流程57

4.3 岸边集装箱起重机虚拟操作系统开发的软、硬件平台57

4.3.1 系统开发软件57

4.3.2 系统开发硬件59

4.4 岸边集装箱起重机虚拟操作系统开发流程60

4.4.1 开发流程简介60

4.4.2 开发流程分析60

第5章 塔式起重机虚拟操作系统总体设计64

5.1 塔式起重机操作过程分析64

5.1.1 塔式起重机工作过程64

5.1.2 塔式起重机操作模式66

5.2 塔式起重机虚拟操作系统的功能要求67

5.3 塔式起重机虚拟操作系统结构68

5.3.1 塔式起重机虚拟操作系统的结构68

5.3.2 塔式起重机虚拟操作系统的操作流程69

5.4 塔式起重机虚拟操作系统开发流程69

5.4.1 系统开发软、硬件平台70

5.4.2 开发流程简介71

第6章 岸边集装箱起重机虚拟操作系统三维实体建模理论与技术74

6.1 建模软件Multigen Creator简介74

6.2 基于Multigen Creator软件的建模理论与技术74

6.2.1 常用建模技巧75

6.2.2 多自由度DOF建模技术77

6.2.3 模型优化技术77

6.3 岸边集装箱起重机三维实体模型的创建78

6.3.1 岸边集装箱起重机主体结构和几何参数78

6.3.2 岸边集装箱起重机层次结构特点分析81

6.3.3 创建岸边集装箱起重机几何模型82

6.3.4 创建岸边集装箱起重机模型自由度节点85

6.3.5 创建吊装设备几何模型85

6.4 岸边集装箱起重机虚拟场景模型的创建86

6.4.1 建模数据采集86

6.4.2 虚拟场景模型创建87

第7章 塔式起重机虚拟操作系统三维实体建模理论与技术90

7.1 虚拟操作系统三维实体建模准备工作90

7.1.1 数据采集90

7.1.2 数据处理91

7.2 塔式起重机三维实体模型的创建93

7.2.1 塔式起重机的结构分析93

7.2.2 塔式起重机建模方案94

7.2.3 塔式起重机三维实体模型的创建94

7.3 塔式起重机虚拟场景模型的创建96

7.3.1 虚拟场景建模方案96

7.3.2 建筑物模型97

7.3.3 树木模型98

7.3.4 山体模型99

7.3.5 地面、路面模型100

7.4 用于系统建模的高级建模技术101

7.4.1 多层次LOD建模技术101

7.4.2 多自由度DOF建模技术101

7.4.3 纹理映射技术102

7.4.4 公告牌技术102

7.5 模型数据库优化技术103

7.5.1 调整数据库层次结构103

7.5.2 实例化技术103

7.5.3 减少多边形数量104

7.5.4 外部引用技术104

7.6 虚拟场景建模过程中遇到的问题及解决方案105

7.6.1 蓝边问题及解决方案105

7.6.2 面闪烁问题及解决方案105

7.6.3 模型在场景中自由漂移问题及解决方案106

第8章 岸边集装箱起重机虚拟操作系统三维虚拟视景仿真技术109

8.1 Vega软件简介109

8.1.1 Lynx图形界面109

8.1.2 Vega的 API函数110

8.1.3 Vega应用程序111

8.2 Vega驱动技术112

8.2.1 Vega应用程序的执行流程112

8.2.2 Vega应用程序的初始化113

8.2.3 Vega应用程序的编译114

8.3 岸边集装箱起重机机构运动的实现114

8.3.1 大车机构和小车机构运动的实现114

8.3.2 起升机构运动的实现115

8.3.3 驾驶室内外多视点的设定115

8.3.4 集装箱抓取和就位动作的实现117

8.4 集卡运动的实现117

8.4.1 集卡路径规划和导航技术117

8.4.2 集卡运动的实现118

8.5 虚拟人行走119

8.5.1 虚拟人行走技术119

8.5.2 虚拟人行走的实现119

8.6 动态海洋仿真120

8.6.1 基于Vega Marine模块仿真动态海洋技术120

8.6.2 动态海洋的实现121

第9章 塔式起重机虚拟操作系统三维虚拟视景仿真技术123

9.1 塔式起重机虚拟操作系统模型驱动123

9.1.1 虚拟场景三维模型驱动123

9.1.2 塔式起重机三维模型驱动125

9.2 塔式起重机机构运动的实现128

9.2.1 塔式起重机联动台的布局128

9.2.2 起升运动的实现129

9.2.3 变幅运动的实现130

9.2.4 回转运动的实现131

9.2.5 同时起升和回转运动的实现131

9.2.6 同时起升和变幅运动的实现132

9.3 货物摆动的实现133

9.3.1 货物摆动特性的简单描述133

9.3.2 货物摆动的实现技术及技巧134

9.4 特殊效果的渲染135

9.4.1 云层效果的实现136

9.4.2 昼夜交替效果的实现137

9.4.3 大雾效果的实现138

第10章 三维实体模型的碰撞检测及碰撞响应141

10.1 基于Vega的碰撞检测原理与技术141

10.1.1 碰撞检测原理141

10.1.2 相交矢量方法142

10.2 碰撞检测分析142

10.3 碰撞检测和碰撞响应的实现143

10.3.1 吊具的碰撞检测144

10.3.2 货物的碰撞检测145

10.3.3 碰撞响应146

第11章 虚拟操作系统应用程序发布及系统测试方法148

11.1 应用程序发布148

11.2 系统测试方法148

11.3 系统性能分析150

参考文献151