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优秀的多体动力学虚拟仿真系统Vortex
作者:CM-LABS公司
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
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