交互式自行車模擬器運(yùn)動生成技術(shù)研究.pdf

1、交互式自行車模擬器系統(tǒng)集計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等于一體，通過運(yùn)動平臺子系統(tǒng)、視覺/聽覺子系統(tǒng)，力反饋?zhàn)酉到y(tǒng)，將虛擬環(huán)境中的自行車運(yùn)動狀態(tài)完全實(shí)時地映射到模擬器環(huán)境中，從而使娛樂者獲得真實(shí)的騎車感受。本文在分析自行車動力學(xué)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了自行車-人體系統(tǒng)動力學(xué)模型。動力學(xué)模型采用拉格朗日方程來建立，并通過四階龍格-庫塔方法對所建立的動力學(xué)模型進(jìn)行求解。為了驗(yàn)證所建立的動力學(xué)模型，首先設(shè)計了一系列數(shù)學(xué)仿真試驗(yàn)來驗(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LabView軟件實(shí)時采集與處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)采集的動力學(xué)數(shù)據(jù)與動力學(xué)模型仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證所建立的模型。根據(jù)對比結(jié)果曲線的趨勢與接近程度，證明了所建立的動力學(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)，并通過人體舒適度標(biāo)準(zhǔn)量化的驗(yàn)證所建立的振動子模型。 其次在分析自行車動

3、力學(xué)以及運(yùn)動平臺特性的基礎(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)動平臺的體感模擬能力，在運(yùn)動空間內(nèi)直接模擬高頻加速度，而低頻加速度通過傾斜平臺，利用重力加速度的分量來模擬。算法通過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。算法通過預(yù)處理模塊來預(yù)測和控制平臺的反沖，削弱了不真實(shí)體感。同時還通過人體感知模型來評價算法濾波器系數(shù)，減少在模擬器上進(jìn)行系數(shù)測試

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)境下動力學(xué)模型準(zhǔn)確仿真路面與車輪間的相互作用，開發(fā)了精確的地形數(shù)據(jù)庫。其根據(jù)場景道路路面特征進(jìn)行分類構(gòu)建，減少地形信息數(shù)據(jù)量。對于通常的道路采用試驗(yàn)采集的路譜數(shù)據(jù)，通過紋理作為索引建立地形數(shù)據(jù)庫；對于需要模擬劇烈振動響應(yīng)的特殊路面采用按區(qū)域來劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)了一種可以任意精度存儲數(shù)據(jù)的地形數(shù)據(jù)庫，同時通過分扇區(qū)及插值算法來保證數(shù)據(jù)查詢的效率及精度。 最后，開