交互式自行車模擬器運(yùn)動(dòng)生成技術(shù)研究.pdf

1、交互式自行車模擬器系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等于一體，通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)子系統(tǒng)、視覺(jué)/聽(tīng)覺(jué)子系統(tǒng)，力反饋?zhàn)酉到y(tǒng)，將虛擬環(huán)境中的自行車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全實(shí)時(shí)地映射到模擬器環(huán)境中，從而使娛樂(lè)者獲得真實(shí)的騎車感受。本文在分析自行車動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了自行車-人體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。動(dòng)力學(xué)模型采用拉格朗日方程來(lái)建立，并通過(guò)四階龍格-庫(kù)塔方法對(duì)所建立的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行求解。為了驗(yàn)證所建立的動(dòng)力學(xué)模型，首先設(shè)計(jì)了一系列數(shù)學(xué)仿真試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證穩(wěn)定子模型

2、，將其仿真結(jié)果與前人的研究成果作了比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有很好的一致性。其次進(jìn)行自行車實(shí)車試驗(yàn)，通過(guò)LabView軟件實(shí)時(shí)采集與處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)采集的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)與動(dòng)力學(xué)模型仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證所建立的模型。根據(jù)對(duì)比結(jié)果曲線的趨勢(shì)與接近程度，證明了所建立的動(dòng)力學(xué)模型精度較高，滿足交互式自行車模擬器的要求。最后還采用ADAMS軟件建立白行車一人體系統(tǒng)虛擬樣機(jī)，并通過(guò)人體舒適度標(biāo)準(zhǔn)量化的驗(yàn)證所建立的振動(dòng)子模型。 其次在分析自行車動(dòng)

3、力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)特性的基礎(chǔ)上，建立了適合于自行車模擬器的體感模擬算法。算法充分利用了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的體感模擬能力，在運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)直接模擬高頻加速度，而低頻加速度通過(guò)傾斜平臺(tái)，利用重力加速度的分量來(lái)模擬。算法通過(guò)FOB位姿傳感器確定模擬器上騎車者前庭器官的位置，并以此作為算法的濾波中心，從而提高了算法體感模擬的準(zhǔn)確度。算法通過(guò)預(yù)處理模塊來(lái)預(yù)測(cè)和控制平臺(tái)的反沖，削弱了不真實(shí)體感。同時(shí)還通過(guò)人體感知模型來(lái)評(píng)價(jià)算法濾波器系數(shù)，減少在模擬器上進(jìn)行系數(shù)測(cè)試

4、的次數(shù)，從而提高算法濾波器系數(shù)調(diào)節(jié)的效率。 第三，為了滿足虛擬環(huán)境下動(dòng)力學(xué)模型準(zhǔn)確仿真路面與車輪間的相互作用，開(kāi)發(fā)了精確的地形數(shù)據(jù)庫(kù)。其根據(jù)場(chǎng)景道路路面特征進(jìn)行分類構(gòu)建，減少地形信息數(shù)據(jù)量。對(duì)于通常的道路采用試驗(yàn)采集的路譜數(shù)據(jù)，通過(guò)紋理作為索引建立地形數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)于需要模擬劇烈振動(dòng)響應(yīng)的特殊路面采用按區(qū)域來(lái)劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)了一種可以任意精度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地形數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)通過(guò)分扇區(qū)及插值算法來(lái)保證數(shù)據(jù)查詢的效率及精度。 最后，開(kāi)