优秀的多体动力学虚拟仿真系统Vortex.pdf

优秀的多体动力学虚拟仿真系统Vortex 一、 前言 近十年来,随着计算机软硬件技术的飞速发展,在虚拟现实领域出现了许多高级的开发工具和硬件设备, 大大提高了虚拟场景创建和虚拟环境中的人机交互等方面的能力。用户利用开发工具,配合虚拟现实硬件, 能够将人和外部世界隔离开来,使其具有身临其境的感觉,更逼真地观察所研究的对象,更自然、更真实地与 对象进行交互。但这类软件所处理的对象却大多还只局限 于静止或者简单运动的物体,难以胜任复杂的运动和力的 仿真。与此同时，传统的动力学软件由于界面复杂、可操 作性差，难以成为日常设计开发的有效手段。 而CM-LABS公司开发的多体动力学虚拟仿真系统 Vortex ，强调准确性和实时性并重。它建立的交互式的仿 真操作环境，可以像3D游戏一样实现仿真功能；同时它不 同于一般的计算机动画制作软件, 建立优化的数学模型和 优秀的计算方法，不仅仅追求形似,也能获得较高的计算精 度和计算速度。 CMLab 和 NASA 共同开发了 Mars Rover 二、 产品背景 CM-LABS 公司位于加拿大的蒙特利尔，是以虚拟仿真系统平台研究为主的公司，公司除从事 Vortex 软件的开发以外，还进行了大量的技术咨询工作，主要的服务对象是加拿大国防部、美国国防部、美国 NASA 等。所有的仿真项目和软件系统都经过了大量的实验验证，很多参数来自于试验获得的经验数据。Vortex 软件由该公司历经 10 多年的开发而成，是模拟用于车辆、机械、机器人等在工作环境下工作状态的虚拟仿 真系统平台。 三、 产品介绍 Vortex 可以处理多刚体系统动力学、碰撞干涉、干涉响应等高度真实的车辆动力学问题。Vortex 的常用 工具箱可以产生多个模拟器来实现运动和环境仿真。它可以利用实测的或设想的地形数据来建立各种战场 的环境，考虑不同得地形、地貌，考虑各种各样的路面条件，例如，硬路面、雪地、沼泽地、沙地以及水 潭等。利用 Vortex 可以在一个真实环境的所有的目标上，加载精确真实的物理过程，并产生一个交互式的 仿真操作环境，例如履带车辆、机器人、起重机械、 登月车辆的远程操控和训练等。 Vortex 自身还带有高级流体分析功能，可考虑 车辆、船舶、机械手等在水域中的运动等，是一个 唯一可以同时考虑车辆在陆地和水上的运动的仿真 平台，是两栖车辆设计仿真的有力工具。 另外，Vortex 是一个开放的仿真环境平台，采 用标准的 C++语言，用户可以在现有的平台基础上 开发适合自己的独立的工具箱。 用 Vortex 模拟坦克在复杂路面环境下行驶 1、平台功能特点 Vortex 可以考虑各种真实的战场环境（例如同时可以考虑陆路和水路），更为突出特点是：Vortex 可以 实现实时仿真和交互操作。它区别于传统的动力学软件，用户在进行动力学模拟的同时，可以实时的修改 各种动力学参数，从而不需要重新启动软件，就可以像目前流行的 3D 游戏一样来进行操控、驾驶和射击 的模拟，甚至可以同时模拟多个车辆组成的编队进行实战演练等。具体 Vortex 可以实现的功能有以下几类： 精确的动力学分析 • 带运动的机械系统； • 连接弹簧单元； • 考虑系统中的摩擦、惯性、扭矩、转动等； • 复杂的丰富的零部件连接运动幅； • 无侵入的刚性碰撞约束； • 考虑大型的复杂机械系统，例如履带车辆； • 可以得到精确的接触载荷 • 支持开环和闭环的机械系统； 机械手的模拟：机器手对每个物件都具有独 • 几乎所有的特性可以在仿真的同时，进行实时的修改； 特的质量，摩擦和惯性等物理特性。 • 稳定的、精确的车辆系统仿真，包括悬挂模型、车轮、驱动系统等； • 车辆系统的轨道模拟等 碰撞干涉检查 • 支持的地形描述：三角单元、高精度四边形单元等 • 利用精确的碰撞响应快速的进行干涉检查；