橋梁風(fēng)洞試驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí).pdf

1、本研究開拓了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在橋梁風(fēng)工程研究上的應(yīng)用，主要是基于虛擬仿真軟件AVS/Express（MPE），開發(fā)出了再現(xiàn)橋梁節(jié)段模型和全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)的可視化程序，并摸索出了風(fēng)洞試驗(yàn)再現(xiàn)程序的通用的開發(fā)思路。主要研究內(nèi)容如下： ⑴在AVS/Express的數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)方面做了大量的探索性工作，并摸索出形體數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)的接口設(shè)計(jì)方案：對于形體數(shù)據(jù)，可先用建模軟件來完成形體的建模并將其存儲為STL文件，而后在AVS/Expres

2、s中使用國際AVS中心開發(fā)的第三方模塊ReadSLPSTL讀入形體數(shù)據(jù)，也可直接使用AVS/Express中的tri_mesh、quad_mesh等Mesh結(jié)構(gòu)來存儲形體數(shù)據(jù)；對于文本數(shù)據(jù)，則是新建相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀取模塊，并將其用于讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)或程序的計(jì)算結(jié)果。 ⑵在深入理解形體在計(jì)算機(jī)內(nèi)表示方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題實(shí)踐和圖形學(xué)理論確定了幾何形體的總體建模思路：使用建模軟件（用戶交互層的表示方法）SolidWorks完成靜態(tài)形體對象的

3、建模；采用多邊形面片網(wǎng)格（機(jī)器層的表示方法）創(chuàng)建全橋主梁的動態(tài)模型；使用線框網(wǎng)格表示法完成彈簧（節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)）和拉索（全橋模型風(fēng)洞試驗(yàn)）的建模等。 ⑶正確理解和運(yùn)用幾何圖形變換理論，成功解決AVS/Express中圖形變換的實(shí)現(xiàn)問題：對于橋梁節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)，文中用AVS/Express的內(nèi)部接口實(shí)現(xiàn)其虛擬環(huán)境的動態(tài)建模；對于全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)，文中基于網(wǎng)格劃分技術(shù)，編寫Matlab程序以同時(shí)實(shí)現(xiàn)全橋主梁和拉索的形體建模和

4、動態(tài)建模。 ⑷在真實(shí)感圖形繪制方面，重點(diǎn)探索了顏色模型及顏色設(shè)置技巧，并參照OpenGL的真實(shí)感圖形繪制理論，在AVS/Express中成功開發(fā)出其它平面方向的紋理映射實(shí)現(xiàn)模塊，擴(kuò)展了AVS/Express中紋理映射技術(shù)的應(yīng)用范圍；使用紋理映射技術(shù)（文中用于節(jié)段模型的主梁）及顏色設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了AVS/Express的對象真實(shí)感建模，獲得了非常逼真的繪制效果。 ⑸基于網(wǎng)格生成的掃描算法思想來劃分全橋主梁的表面的四邊形網(wǎng)格，在

5、此基礎(chǔ)上生成其四邊形面片網(wǎng)格模型，并結(jié)合AVS/Express的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編寫出相應(yīng)的Matlab程序一舉實(shí)現(xiàn)全橋主梁的形體建模和動態(tài)建模，使其運(yùn)動看上去非常平滑，避免了使用剛體節(jié)段組合法處理會出現(xiàn)的運(yùn)動銜接問題。 ⑹在熟悉AVS/Express開發(fā)環(huán)境和開發(fā)方法、突破其數(shù)據(jù)接口的設(shè)計(jì)問題、解決AVS/Express中圖形變換的實(shí)現(xiàn)等諸多問題后，文中按形體建模（靜態(tài)）→動態(tài)建?！鎸?shí)感建模這樣的次序來實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)虛擬環(huán)境的建模：