基于Multigen Creator/Vega Prime的列车运行视景仿真
摘要
中国高速铁路的发展日新月异,其安全性要求也越来越高,对于司机驾驶水平的要求也在相应变高,将虚拟现实技术应用到铁路交通领域,创建列车运行视景仿真系统,对于列车运输系统中的驾驶培训、运行监控、甚至是远程调度等方面都具有相当深远的影响。列车视景仿真系统安全、经济、可重复性的特点,对于列车运行系统的发展也是一次质的飞跃。
本论文以列车运行环境为研究对象,以Multigen Creator/Vega Prime及VC++为平台,建立了列车运行视景仿真的虚拟场景,定制了列车运行视景仿真系统的实现方法和步骤。
本文主要研究内容如下所示：
1.深入了解虚拟现实技术在铁路交通领域的应用及实现方法,确定仿真系统的实现方案,对场景模型、仿真环境做总体规划。
2.通过三维动画渲染和制作软件3ds Max建立场景及运动对象的初始模型,运用Multigen Creator软件对初始模型进行改造及优化,分析了列车运行视景仿真的建模步骤,并深入讨论了Creator软件的建模技术及优化技术,使视景仿真系统在逼真性和实时性两方面达到平衡。
3.通过Vega Prime仿真软件中的Lynx Prime制定了系统的初始框架,大大降低了程序编写的工作量,实现了场景的预览、视点的变换。气候环境模拟功能使列车可在特殊情况下进行运行仿真。用path tool建立多条固定路线,可仿真列车运行在不同路线间的切换。
4.在VC++平台下建立列车运行视景仿真系统的人机交互界面,系统的主要实现功能一目了然,为用户节省了熟悉系统的时间。详细介绍了列车在不同路线不同环境下运行的实现方法,创建菜单功能快捷键,提高用户的操作时间。通过OpenGL函数库创建了列车运行信息的实时显示窗口,使用户可以实时控制列车运行速度。
As the rapid development of high-speed railway in China, its security requirements are also higher for driver level requirements are higher,the application of virtual reality technology to railway transportation and creating a visual simulation system for train operation have far-reaching consequences for drivers'training, operation monitoring and remote scheduling in the transportation system.Visual simulation of train has characteristics of safety,economic and repeatability,which is a qualitative leap for the development of train operating system.
This thesis takes train operation environment as the study objcet, established the virtual scence of train visual simulation based on Multigen Creator/Vega Prime and VC++, and developed implementation methods and procedures of visual simulation system for train operation.
The main content of this article is showed as follows:
1. Deeply understanding virtual reality technology's application and realization method in the field of railway transport, determining the implementation of simulation system, on scenario models and simulation environment making overall planning.
2. Establishing the initial models of scenes and moving objects through the three dimensional animation rendering and modeling software-3ds Max, transforming and optimizing the initial models using MultiGen Creator software, analyzing the modeling steps of train running visual simulation, and discussing in depth on modeling and optimizing techniques of Creator software. This section makes scene simulation system in both the authenticity and real-time balance.
3. Developing the initial famework of the system by Lynx Prime in the simulations software-Vega Prime, which will reduce the workload and the program code writing, and enable preview of the scene, view transform. Climate simulation capabilities enble train runing in exceptional circumstances, establishing various fixed routes with the path tool which prepares for running trains on different routes.
4. Establishing the human-computer interaction interface of visual simulation system for train operation under the VC++platform, the system's main function is easy to understand which saves time for users to be familiar with the system. Detailing the implementation methods for trains running in different environments and routes. Create the menu function keys to improve users'operation time. Creating a real-time display window about train's running information by using OpenGL library that allows users to control train speed in real time.
本论文以列车运行环境为研究对象,以Multigen Creator/Vega Prime及VC++为平台,建立了列车运行视景仿真的虚拟场景,定制了列车运行视景仿真系统的实现方法和步骤。
本文主要研究内容如下所示：
1.深入了解虚拟现实技术在铁路交通领域的应用及实现方法,确定仿真系统的实现方案,对场景模型、仿真环境做总体规划。
2.通过三维动画渲染和制作软件3ds Max建立场景及运动对象的初始模型,运用Multigen Creator软件对初始模型进行改造及优化,分析了列车运行视景仿真的建模步骤,并深入讨论了Creator软件的建模技术及优化技术,使视景仿真系统在逼真性和实时性两方面达到平衡。
3.通过Vega Prime仿真软件中的Lynx Prime制定了系统的初始框架,大大降低了程序编写的工作量,实现了场景的预览、视点的变换。气候环境模拟功能使列车可在特殊情况下进行运行仿真。用path tool建立多条固定路线,可仿真列车运行在不同路线间的切换。
4.在VC++平台下建立列车运行视景仿真系统的人机交互界面,系统的主要实现功能一目了然,为用户节省了熟悉系统的时间。详细介绍了列车在不同路线不同环境下运行的实现方法,创建菜单功能快捷键,提高用户的操作时间。通过OpenGL函数库创建了列车运行信息的实时显示窗口,使用户可以实时控制列车运行速度。
As the rapid development of high-speed railway in China, its security requirements are also higher for driver level requirements are higher,the application of virtual reality technology to railway transportation and creating a visual simulation system for train operation have far-reaching consequences for drivers'training, operation monitoring and remote scheduling in the transportation system.Visual simulation of train has characteristics of safety,economic and repeatability,which is a qualitative leap for the development of train operating system.
This thesis takes train operation environment as the study objcet, established the virtual scence of train visual simulation based on Multigen Creator/Vega Prime and VC++, and developed implementation methods and procedures of visual simulation system for train operation.
The main content of this article is showed as follows:
1. Deeply understanding virtual reality technology's application and realization method in the field of railway transport, determining the implementation of simulation system, on scenario models and simulation environment making overall planning.
2. Establishing the initial models of scenes and moving objects through the three dimensional animation rendering and modeling software-3ds Max, transforming and optimizing the initial models using MultiGen Creator software, analyzing the modeling steps of train running visual simulation, and discussing in depth on modeling and optimizing techniques of Creator software. This section makes scene simulation system in both the authenticity and real-time balance.
3. Developing the initial famework of the system by Lynx Prime in the simulations software-Vega Prime, which will reduce the workload and the program code writing, and enable preview of the scene, view transform. Climate simulation capabilities enble train runing in exceptional circumstances, establishing various fixed routes with the path tool which prepares for running trains on different routes.
4. Establishing the human-computer interaction interface of visual simulation system for train operation under the VC++platform, the system's main function is easy to understand which saves time for users to be familiar with the system. Detailing the implementation methods for trains running in different environments and routes. Create the menu function keys to improve users'operation time. Creating a real-time display window about train's running information by using OpenGL library that allows users to control train speed in real time.
引文
[1]韦有双,杨湘龙,王飞.虚拟现实与系统仿真[M].北京：国防工业出版社,2004.
[2]熊光楞,彭毅.先进仿真技术与仿真环境[M].北京：国防工业出版社,1997.
[3]吴家铸,党岗,刘华峰,程志全,阳明.视景仿真技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社,2001.
[4]孙鑫.VC++深入详解[M].电子工业出版社,2006.
[5]王乘,周均清,李利军Creator可视化仿真建模技术[M].武汉：华中科技大学出版社,2005.
[6]张菁,张天驰,陈怀友.虚拟现实技术及应用[M].北京：清华大学出版社,2011.
[7]龚卓蓉Vega程序设计[M].北京：国防工业出版社,2008.
[8]王乘,周均清,李利军Vega实时三维视景仿真技术[M].武汉：华中科技大学出版社,2005.
[9]谭浩强.C++程序设计[M].北京：清华大学出版社,2004.
[10]龚卓蓉Lynx图形界面[M].北京：国防工业出版社,2001.
[11]郑莉,董渊.C++语言程序设计[M].北京：清华大学出版社,2001.
[12]耿维忠,谢步瀛,胡笳.基于Creator和Vega的视景仿真系统的研究与实现[J].东华大学学报,2010,36(4)：356-359.
[13]苏虎,金炜东.列车驾驶仿真器及其关键技术[J].科技导报,2007(12)：147-155.
[14]何鸿云,周美玉.机车模拟装置发展综述及建议[J].中国铁路,1998(12)：31-35.
[15]农梅,穆建成Creator/Vega及其在列车运行视景仿真系统中的应用[J].铁道通信信号,2007,43(2)：49-52.
[16]彭亮,黄心汉.基于VC和Vega Prime联合开发的巡航导弹仿真系统研究[J].中南大学学报(自然科学版),2010,41(1)：219-224.
[17]李瑞涛,方媚,张文明.虚拟样机技术及其在矿山机械领域的应用展望[J].矿山机械,2000,28(5)：11-12.
[18]宋晓伟.地铁列车运行控制视景仿真系统中三维建模技术的研究与实现[D].北京交通大学交通信息工程及控制,2006.
[19]刘光然.虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社,2011.
[20]魏阳,王书义.基于Pro/E的机械系统运动仿真分析[J].现代机械,2004,5：55-56.
[21]张曦,王国权,龚国庆.基于multigen creator的场景模型建立[J].北京机械工业学院学报,2006,6
[22]吴博.列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟[D].西南交通大学模式识别与智能系统,2011.
[23]王润杰,田景全,倪政国.基于粒子系统的实时雨雪模拟[J].系统仿真学报,2003,4(15)：495-496.
[24]王晓.基于Creator/Vega的公路虚拟仿真技术[J].科技导报,2011,29(14)：63-66.
[25]孟彦鹏,王永,谢圆,周建亮.基于Creator/Vega的月球车轮地交互仿真[J].机器人,2010,32(3)：369-374.
[26]殷宏,王志东,许继恒.基于Creator/Vega的战场视景仿真[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2005,6(2)：137-141.
[27]张岚,蒲小琼.基于Creator和Vega技术的虚拟场景优化技术及研究[J].计算机应用于软件,2007,24(5)：116-118.
[28]王裕俭.基于Multigen Creator和Vega的虚拟现实探讨[J].测绘信息与工程,2003,28(4)：14-16.
[29]银红霞,杜四春,蔡立军.计算机图形学[M].北京：中国水利水电出版社,2005.
[30]蒋炜栋.列车驾驶模拟器多通道视景技术研究[D].上海：同济大学电子与信息工程学院,2009.
[31]马飞.列车驾驶模拟器突发事件的视景仿真研究[D].西南交通大学,2007.
[32]郭北苑,方卫宁,谭南林,胡清梅.虚拟环境下磁浮列车驾驶舱人机适配性分析[J].计算机研究与发展,2005,42：656-660.
[33]苏虎,周美玉.分布式列车仿真系统的视景生成[J].西南交通大学学报,2002,37(6)：669-672.
[34]孙科峰,李洁.基于Vega Prime的多场景仿真系统框架[J].计算机仿真,2007,24(12)：193-195.
[35]孙景冬,王瑶,王顺利.铁路列车调度员培训模拟系统开发与实现[J].Experiment Science& Technology, 2006, 5: 24~26.
[36]姚光圻,赵莲英.铁路列车调度无线电话的作用和效益分析[J].北方交通大学学报,1992,16(4)：64-69.
[37]胡敏聪,郎诚廉等.列车运行视景仿真及险情特效的实现[J].计算机应用,2008,28：244-246.
[38]郑朝阳,施鸿宝.列车调度仿真系统的研究与实现[J].上海铁道大学学报,1999,20(6)：21-24.
[39]潜继成,张文良.基于多线程实现vega prime封装[J].电脑编程技巧与维护,2010,5：26-28.
[40]位元文化.精通Visual C++.NET 2003窗口程序设计[M].北京：清华大学出版社,2006.
[41]刘淑霞,范雄飞,孟艳.基于MFC的vega prime程序框架研究[J].系统仿真技术及其应用,2008：428-421.
[42]胡梓楠,于劲松.基于MFC编程框架的vega prime软件集成技术的研究[J].系统仿真学报2009,21(14)：4291-4299.
[43]王娇艳,康凤举,由延军.MFC框架下的多通道视景仿真技术[J],火力与指挥控制,2010,35(7)：130-132.
[44]孙嗣良,陈韧,孙力,闫杰.基于3ds MAX/Creator/VP的复杂坦克建模关键技术研究[J].系统仿真技术,2010,6(3)：241-246.
[45]王明印,韦群,徐恩,何国林.基于Creator/Vega Prime的大场景虚拟现实关键技术研究[J].系统仿真学报,2009,21：117-120.
[46]唐国森,王成国,王月仙.高速列车运行仿真视景系统研究[J].中央民族大学学报,2009,18：110-113.
[47]孟令云,蒋熙,杨肇夏.基于Agent的客运专线列车运行仿真研究[J].系统仿真学报,2009,21(6)：1538-1542.
[48]苏虎,周美玉.面向对象的实时三维视景仿真系统的实现[J].计算机工程与应用,2002,6：118-119.
[49]黄友能,唐涛,宋晓伟.虚拟仿真技术在地铁列车运行仿真系统中的研究[J].系统仿真学报,2008,20(12)：3208-3211.
[50]徐鹤.基于multigen creator/vega prime的无人机三维视景仿真系统的设计与实现[D],南京航空航天大学,2008.
[51]王宏宇.基于multigen creator/vega prime的潜艇仿真系统实现[D],吉林大学,2010.
[52]曾晓芳.基于OpenGL的列车视景仿真研究[D],西南交通大学机械工程学院,2008.
[53]王辰辉.液压挖掘机工作过程的虚拟现实技术研究[D],西南交通大学机械工程学院,2009.
[54]苏明明.基于Multigen Creator/Vega Prime的液压挖掘机的可视化虚拟仿真[D],西南交通大学机械工程学院,2011.
[55]胡小强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社,2005.
[2]熊光楞,彭毅.先进仿真技术与仿真环境[M].北京：国防工业出版社,1997.
[3]吴家铸,党岗,刘华峰,程志全,阳明.视景仿真技术及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社,2001.
[4]孙鑫.VC++深入详解[M].电子工业出版社,2006.
[5]王乘,周均清,李利军Creator可视化仿真建模技术[M].武汉：华中科技大学出版社,2005.
[6]张菁,张天驰,陈怀友.虚拟现实技术及应用[M].北京：清华大学出版社,2011.
[7]龚卓蓉Vega程序设计[M].北京：国防工业出版社,2008.
[8]王乘,周均清,李利军Vega实时三维视景仿真技术[M].武汉：华中科技大学出版社,2005.
[9]谭浩强.C++程序设计[M].北京：清华大学出版社,2004.
[10]龚卓蓉Lynx图形界面[M].北京：国防工业出版社,2001.
[11]郑莉,董渊.C++语言程序设计[M].北京：清华大学出版社,2001.
[12]耿维忠,谢步瀛,胡笳.基于Creator和Vega的视景仿真系统的研究与实现[J].东华大学学报,2010,36(4)：356-359.
[13]苏虎,金炜东.列车驾驶仿真器及其关键技术[J].科技导报,2007(12)：147-155.
[14]何鸿云,周美玉.机车模拟装置发展综述及建议[J].中国铁路,1998(12)：31-35.
[15]农梅,穆建成Creator/Vega及其在列车运行视景仿真系统中的应用[J].铁道通信信号,2007,43(2)：49-52.
[16]彭亮,黄心汉.基于VC和Vega Prime联合开发的巡航导弹仿真系统研究[J].中南大学学报(自然科学版),2010,41(1)：219-224.
[17]李瑞涛,方媚,张文明.虚拟样机技术及其在矿山机械领域的应用展望[J].矿山机械,2000,28(5)：11-12.
[18]宋晓伟.地铁列车运行控制视景仿真系统中三维建模技术的研究与实现[D].北京交通大学交通信息工程及控制,2006.
[19]刘光然.虚拟现实技术[M].北京：清华大学出版社,2011.
[20]魏阳,王书义.基于Pro/E的机械系统运动仿真分析[J].现代机械,2004,5：55-56.
[21]张曦,王国权,龚国庆.基于multigen creator的场景模型建立[J].北京机械工业学院学报,2006,6
[22]吴博.列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟[D].西南交通大学模式识别与智能系统,2011.
[23]王润杰,田景全,倪政国.基于粒子系统的实时雨雪模拟[J].系统仿真学报,2003,4(15)：495-496.
[24]王晓.基于Creator/Vega的公路虚拟仿真技术[J].科技导报,2011,29(14)：63-66.
[25]孟彦鹏,王永,谢圆,周建亮.基于Creator/Vega的月球车轮地交互仿真[J].机器人,2010,32(3)：369-374.
[26]殷宏,王志东,许继恒.基于Creator/Vega的战场视景仿真[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2005,6(2)：137-141.
[27]张岚,蒲小琼.基于Creator和Vega技术的虚拟场景优化技术及研究[J].计算机应用于软件,2007,24(5)：116-118.
[28]王裕俭.基于Multigen Creator和Vega的虚拟现实探讨[J].测绘信息与工程,2003,28(4)：14-16.
[29]银红霞,杜四春,蔡立军.计算机图形学[M].北京：中国水利水电出版社,2005.
[30]蒋炜栋.列车驾驶模拟器多通道视景技术研究[D].上海：同济大学电子与信息工程学院,2009.
[31]马飞.列车驾驶模拟器突发事件的视景仿真研究[D].西南交通大学,2007.
[32]郭北苑,方卫宁,谭南林,胡清梅.虚拟环境下磁浮列车驾驶舱人机适配性分析[J].计算机研究与发展,2005,42：656-660.
[33]苏虎,周美玉.分布式列车仿真系统的视景生成[J].西南交通大学学报,2002,37(6)：669-672.
[34]孙科峰,李洁.基于Vega Prime的多场景仿真系统框架[J].计算机仿真,2007,24(12)：193-195.
[35]孙景冬,王瑶,王顺利.铁路列车调度员培训模拟系统开发与实现[J].Experiment Science& Technology, 2006, 5: 24~26.
[36]姚光圻,赵莲英.铁路列车调度无线电话的作用和效益分析[J].北方交通大学学报,1992,16(4)：64-69.
[37]胡敏聪,郎诚廉等.列车运行视景仿真及险情特效的实现[J].计算机应用,2008,28：244-246.
[38]郑朝阳,施鸿宝.列车调度仿真系统的研究与实现[J].上海铁道大学学报,1999,20(6)：21-24.
[39]潜继成,张文良.基于多线程实现vega prime封装[J].电脑编程技巧与维护,2010,5：26-28.
[40]位元文化.精通Visual C++.NET 2003窗口程序设计[M].北京：清华大学出版社,2006.
[41]刘淑霞,范雄飞,孟艳.基于MFC的vega prime程序框架研究[J].系统仿真技术及其应用,2008：428-421.
[42]胡梓楠,于劲松.基于MFC编程框架的vega prime软件集成技术的研究[J].系统仿真学报2009,21(14)：4291-4299.
[43]王娇艳,康凤举,由延军.MFC框架下的多通道视景仿真技术[J],火力与指挥控制,2010,35(7)：130-132.
[44]孙嗣良,陈韧,孙力,闫杰.基于3ds MAX/Creator/VP的复杂坦克建模关键技术研究[J].系统仿真技术,2010,6(3)：241-246.
[45]王明印,韦群,徐恩,何国林.基于Creator/Vega Prime的大场景虚拟现实关键技术研究[J].系统仿真学报,2009,21：117-120.
[46]唐国森,王成国,王月仙.高速列车运行仿真视景系统研究[J].中央民族大学学报,2009,18：110-113.
[47]孟令云,蒋熙,杨肇夏.基于Agent的客运专线列车运行仿真研究[J].系统仿真学报,2009,21(6)：1538-1542.
[48]苏虎,周美玉.面向对象的实时三维视景仿真系统的实现[J].计算机工程与应用,2002,6：118-119.
[49]黄友能,唐涛,宋晓伟.虚拟仿真技术在地铁列车运行仿真系统中的研究[J].系统仿真学报,2008,20(12)：3208-3211.
[50]徐鹤.基于multigen creator/vega prime的无人机三维视景仿真系统的设计与实现[D],南京航空航天大学,2008.
[51]王宏宇.基于multigen creator/vega prime的潜艇仿真系统实现[D],吉林大学,2010.
[52]曾晓芳.基于OpenGL的列车视景仿真研究[D],西南交通大学机械工程学院,2008.
[53]王辰辉.液压挖掘机工作过程的虚拟现实技术研究[D],西南交通大学机械工程学院,2009.
[54]苏明明.基于Multigen Creator/Vega Prime的液压挖掘机的可视化虚拟仿真[D],西南交通大学机械工程学院,2011.
[55]胡小强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社,2005.