專利名稱：農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，特別是一種農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法及裝置，以及一種農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機生成方法及裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備制造業(yè)是我國裝備制造業(yè)中一個十分重要的行業(yè)，直接為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民服務，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供機械裝備?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展水平直接影響我國農(nóng)業(yè)部門的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量地運用農(nóng)業(yè)裝備，是提高農(nóng)業(yè)機械化水平、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率和農(nóng)產(chǎn)品商品化率、保證糧食生產(chǎn)安全性和提高農(nóng)民收入的最直接、最有效的途徑?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備的開發(fā)、設計、制造和使用，離不開大量的科學試驗。長期以來，面對農(nóng)業(yè)裝備品種多、使用條件復雜、對產(chǎn)品性能、壽命、成本等方面要求高，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素多等狀況，在農(nóng)業(yè)裝備研發(fā)的同時要伴隨著大量而繁雜的試驗工作。而要建立必要的試驗場地、使用大量的各種試驗儀器設備、投入大量的試驗費用、配備龐大的實驗隊伍、花費大量的試驗時間已經(jīng)不能適應當前對產(chǎn)品上市周期日益縮短的要求。隨著試驗理論和技術(shù)的快速發(fā)展，試驗手段的不斷完善，尤其微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、仿真技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，促進了試驗工作的高度自動化，傳統(tǒng)儀器已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備試驗需要，而虛擬試驗技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備試驗測試系統(tǒng)的設計和開發(fā)提供了新的思路和新平臺。近年來，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，建立具有沉浸感的設計試驗系統(tǒng)已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢。申請?zhí)枮椤?00410089063”，名稱為“一種虛擬樣機的仿真方法”的中國發(fā)明專利申請，公開了一種虛擬樣機的仿真方法，但該方法僅能實現(xiàn)虛擬樣機安裝過程的運動仿真，而無法實現(xiàn)設計者與產(chǎn)品用戶在設計階段信息的互相反饋，因而無法使設計者全方位吸收、采納產(chǎn)品用戶對新產(chǎn)品的意見和建議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不受季節(jié)、場地、時間和次數(shù)的限制，并可對虛擬試驗過程進行回放、再現(xiàn)和重復的農(nóng)業(yè)裝備的虛擬樣機在虛擬場景中的運動仿真與控制方法及裝置，以及基于其的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法及裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，包括如下步驟試驗模型加載步驟，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟，根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟，建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；
農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗步驟，在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價步驟，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集，獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型，把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)， 生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)，得到所需的虛擬場景。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述加載地形紋理數(shù)據(jù)包括在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理；或使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理；或使用間接紋理，先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)屬性對應到一個圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟還包括添加地形特征，將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型，根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型包括將所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟得到的三維零部件模型轉(zhuǎn)換成三維零部件模型文件；將所述三維零部件模型文件導入三維建模軟件，導出為所需三維零部件模型；對所述所需三維零部件模型進行裝配，形成整機模型；
將所述整機模型的各個運動部件置于不同的動態(tài)節(jié)點下，賦以相應的運動模式。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述虛擬試驗步驟包括對農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真，建立虛擬樣機仿真平臺，在所述虛擬樣機仿真平臺中導入所述整機虛擬現(xiàn)實模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真并獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；讀取所述仿真驅(qū)動平臺后處理中導出的所述農(nóng)業(yè)裝備的測量曲線的文本文件，實現(xiàn)該農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型在虛擬場景中的試驗再現(xiàn)、多角度漫游和/或交互式控制。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真包括對所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟中確定的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，在所述虛擬樣機仿真平臺中定義相應的設計變量；根據(jù)建立的所述農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵建模尺寸、運動參數(shù)及作業(yè)過程的受力方程，考慮各種路面條件，確定所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力；對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真，獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；在所述虛擬樣機仿真平臺后處理窗口打開測量曲線并導出。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述虛擬試驗步驟還包括在應用程序中定義左、右通道，分別對應左、右雙目視場，所述左右通道在窗口重合，實現(xiàn)桌面式沉浸系統(tǒng)下的所述農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的立體顯示。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其中，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其中，包括試驗模型加載模塊，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元，用于根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元，用于建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗模塊，與所述試驗模型加載模塊連接，用于在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價模塊，與所述虛擬試驗模塊連接，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元，用于獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型次單元，用于把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元，用于得到所需的虛擬場景。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元還包括添加地形特征次單元，用于將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元，用于對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元，用于根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。上述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其中，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法， 其中，包括如下步驟試驗模型加載步驟，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟，根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟，建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗步驟，在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價步驟，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價；以及虛擬樣機生成步驟，根據(jù)所述虛擬試驗評價的結(jié)果，對所述農(nóng)業(yè)裝備的各項參數(shù)進行優(yōu)化，并根據(jù)所述優(yōu)化的參數(shù)生成虛擬樣機。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集，獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；
把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)，得到所需的虛擬場景。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述加載地形紋理數(shù)據(jù)包括在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理；或使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理；或使用間接紋理，先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)屬性對應到一個圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟還包括添加地形特征，將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型，根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型包括將所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟得到的三維零部件模型轉(zhuǎn)換成三維零部件模型文件；將所述三維零部件模型文件導入三維建模軟件，導出為所需零部件模型；對所述所需三維零部件模型進行裝配，形成整機模型；將所述整機模型的各個運動部件置于不同的動態(tài)節(jié)點下，賦以相應的運動模式。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述虛擬試驗步驟包括對農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真，建立虛擬樣機仿真平臺，在所述虛擬樣機仿真平臺中導入所述整機虛擬現(xiàn)實模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真并獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；讀取所述仿真驅(qū)動平臺后處理中導出的所述農(nóng)業(yè)裝備的測量曲線的文本文件，實現(xiàn)該農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型在虛擬場景中的試驗再現(xiàn)、多角度漫游和/或交互式控制。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真包括對所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟中確定的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，在所述虛擬樣機仿真平臺中定義相應的設計變量；根據(jù)建立的所述農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵建模尺寸、運動參數(shù)及作業(yè)過程的受力方程，考慮各種路面條件，確定所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力；對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真，獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；在所述虛擬樣機仿真平臺后處理窗口打開測量曲線并導出。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述虛擬試驗步驟還包括在應用程序中定義左、右通道，分別對應左、右雙目視場，所述左右通道在窗口重合，實現(xiàn)桌面式沉浸系統(tǒng)下的所述農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的立體顯示。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其中，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置， 其中，包括試驗模型加載模塊，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元，用于根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元，用于建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗模塊，與所述試驗模型加載模塊連接，用于在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價模塊，與所述虛擬試驗模塊連接，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價；以及虛擬樣機生成模塊，與所述虛擬試驗評價模塊連接，根據(jù)所述虛擬試驗評價結(jié)果， 對所述農(nóng)業(yè)裝備進行優(yōu)化設計，并根據(jù)所述優(yōu)化設計的參數(shù)生成虛擬樣機。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元，用于獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型次單元，用于把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元，用于得到所需的虛擬場景。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元還包括添加地形特征次單元，用于將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元，用于對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元，用于根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。上述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其中，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明不僅可以作為真實試驗的前期準備工作，而且可以在一定程度上替代傳統(tǒng)的試驗，從而大幅度減少樣機制造試驗次數(shù)，縮短新產(chǎn)品試驗周期，同時降低實際試驗費用，并且在拖拉機、聯(lián)合收獲機、大型變量噴灌機等典型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備的開發(fā)中，可以實現(xiàn)設計者、產(chǎn)品用戶在設計階段信息的互相反饋，使設計者全方位吸收、采納產(chǎn)品用戶對新產(chǎn)品的建議，此外，本發(fā)明提供的農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗設計方法，實現(xiàn)了試驗不受場地、時間和次數(shù)的限制，并可對試驗過程進行回放、再現(xiàn)和重復。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法流程示意圖；圖4為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為數(shù)字高程模型(DEM)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DED)文件操作界面；圖6為讀取并設置試驗地塊的DED格式文件的操作界面；圖7為本發(fā)明一實施例的.fit格式的聯(lián)合收割機整機裝配文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖8為本發(fā)明一實施例的聯(lián)合收割機田間行走路徑規(guī)劃示意圖；圖9為本發(fā)明一實施例的桌面式沉浸系統(tǒng)示意圖；圖10為本發(fā)明一實施例的聯(lián)合收割機在虛擬田間場景中的漫游與交互控制示意圖。其中，附圖標記1,01試驗模型加載模塊11、011建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元11U0111試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元112、0112生成三維數(shù)字地形模型次單元113,0113加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元114、0114添加地形特征次單元12、012建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元121、0121建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元122,0122建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元13、013農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元2、02虛擬試驗模塊
3、03虛擬試驗評價模塊04虛擬樣機生成模塊10紅外發(fā)射器20顯示器30 眼鏡40聯(lián)合收割機50虛擬田間場景60時速表70側(cè)傾角測量儀80橫擺角測量儀90仰視角測量儀Sl S3、S11 S13、S111 S114、S121 S122、S01 S04、S011 S013、S0111 S0114、S0121 S0122 步驟
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述參見圖1，圖1為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法流程示意圖，本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，包括如下步驟試驗模型加載步驟Si，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟S11，根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟S12，建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟S13，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗步驟S2，在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價步驟S3，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟Sll包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集S111，獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型 S112，把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)S113，得到所需的虛擬場景。其中，所述加載地形紋理數(shù)據(jù)S113包括在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理；或使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理；或使用間接紋理，先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)屬性對應到一個圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟Sll還包括添加地形特征的步驟S114，將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟S12包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型 S121，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型S122，根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型S122包括將所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟得到的三維零部件模型轉(zhuǎn)換成三維零部件模型文件；將所述三維零部件模型文件導入三維建模軟件，導出為所需三維零部件模型；對所述所需三維零部件模型進行裝配，形成整機模型；將所述整機模型的各個運動部件置于不同的動態(tài)節(jié)點下，賦以相應的運動模式。其中，所述虛擬試驗步驟S2包括對農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真，建立虛擬樣機仿真平臺，在所述虛擬樣機仿真平臺中導入所述整機虛擬現(xiàn)實模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真并獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；讀取所述仿真驅(qū)動平臺后處理中導出的所述農(nóng)業(yè)裝備的測量曲線的文本文件，實現(xiàn)該農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型在虛擬場景中的試驗再現(xiàn)、多角度漫游和/或交互式控制。其中，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真包括對所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟中確定的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，在所述虛擬樣機仿真平臺中定義相應的設計變量；根據(jù)建立的所述農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵建模尺寸、運動參數(shù)及作業(yè)過程的受力方程，考慮各種路面條件，確定所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力；對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真，獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；在所述虛擬樣機仿真平臺后處理窗口打開測量曲線并導出。其中，所述虛擬試驗步驟S2還包括在應用程序中定義左、右通道，分別對應左、 右雙目視場，所述左右通道在窗口重合，實現(xiàn)桌面式沉浸系統(tǒng)下的所述農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的立體顯示。參見圖2，圖2為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖，本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，包括試驗模型加載模塊1，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元11，用于根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元12，用于建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元13，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗模塊2，用于在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真， 運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價模塊3，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元11包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元111，用于獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型次單元112，用于把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元113，用于得到所需的虛擬場景。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元11還包括添加地形特征次單元114，用于將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元12包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元121，用于對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元122，用于根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。參見圖3，圖3為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法流程示意圖，本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，包括如下步驟試驗模型加載步驟S01，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟S011，根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟S012，建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟S013，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗步驟S02，在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價步驟S03，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)， 實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價；以及虛擬樣機生成步驟S04，根據(jù)所述虛擬試驗評價的結(jié)果，對所述農(nóng)業(yè)裝備的各項參數(shù)進行優(yōu)化，并根據(jù)所述優(yōu)化的參數(shù)生成虛擬樣機。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟SO11包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集SO111，獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型 S0112，把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)S0113，得到所需的虛擬場景。其中，所述加載地形紋理數(shù)據(jù)S0113包括在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理；或使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理；或使用間接紋理，先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)屬性對應到一個圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟SOl 1還包括添加地形特征SOl 14，將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟S012包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型S0121，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型S0122， 根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型S0122包括將所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟得到的三維零部件模型轉(zhuǎn)換成三維零部件模型文件；將所述三維零部件模型文件導入三維建模軟件，導出為所需零部件模型；對所述所需三維零部件模型進行裝配，形成整機模型；將所述整機模型的各個運動部件置于不同的動態(tài)節(jié)點下，賦以相應的運動模式。其中，所述虛擬試驗步驟S03包括對農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真，建立虛擬樣機仿真平臺，在所述虛擬樣機仿真平臺中導入所述整機虛擬現(xiàn)實模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真并獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；讀取所述仿真驅(qū)動平臺后處理中導出的所述農(nóng)業(yè)裝備的測量曲線的文本文件，實現(xiàn)該農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型在虛擬場景中的試驗再現(xiàn)、多角度漫游和/或交互式控制。其中，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真包括對所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟中確定的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，在所述虛擬樣機仿真平臺中定義相應的設計變量；根據(jù)建立的所述農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵建模尺寸、運動參數(shù)及作業(yè)過程的受力方程，考慮各種路面條件，確定所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力；對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真，獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；在所述虛擬樣機仿真平臺后處理窗口打開測量曲線并導出。其中，所述虛擬試驗步驟S02還包括在應用程序中定義左、右通道，分別對應左、 右雙目視場，所述左右通道在窗口重合，實現(xiàn)桌面式沉浸系統(tǒng)下的所述農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的立體顯示。參見圖4，圖4為本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置的結(jié)構(gòu)框圖，本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，包括試驗模型加載模塊01，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元011，用于根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元012，用于建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元013，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面， 載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗模塊02，用于在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價模塊03，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價；以及虛擬樣機生成模塊04，根據(jù)所述虛擬試驗評價結(jié)果，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行優(yōu)化設計，并根據(jù)所述優(yōu)化設計的參數(shù)生成虛擬樣機。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元011包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元0111， 用于獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型次單元0112，用于把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元0113，用于得到所需的虛擬場景。其中，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元011還包括添加地形特征次單元0114，用于將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。其中，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。其中，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元012包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元0121，用于對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)， 用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元0122，用于根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。本發(fā)明中所述農(nóng)業(yè)裝備可以為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機，也可以為其他各種農(nóng)業(yè)裝備，在此不做特別限定。下面，以聯(lián)合收割機40為例，詳細說明本發(fā)明的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法的具體實施過程1、建立聯(lián)合收割機40的三維模型考慮到虛擬樣機仿真平臺及虛擬場景驅(qū)動平臺所需要模型的特點，對聯(lián)合收割機 40進行抽象和簡化，用三維制圖軟件ftx)/ENGINEER建立聯(lián)合收割機40各部件三維模型庫， 包括割臺、過橋、駕駛室、機架、底盤、脫粒滾筒、振動篩、車輪等，并確定關(guān)鍵建模尺寸，如割臺割幅、車身長寬高、輪胎尺寸等，實現(xiàn)參數(shù)化建模，得到聯(lián)合收割機40的三維實體模型。將得到的聯(lián)合收割機40的三維實體模型導出為x_t格式文件。由于虛擬樣機仿真平臺ADAMS可以直接讀取x_t文件格式的實體模型，將所建立的聯(lián)合收割機40各部件三維實體模型，在ftO/ENGINEER中“保存副本”，以x_t文件格式另存。接著，對該聯(lián)合收割機40進行動力學仿真，包括以下步驟在虛擬樣機仿真平臺ADAMS中選擇“File”- “input”，在“File Type”中選擇 "Parasolid x_t) ”導入前述步驟中建立的x_t格式文件；對模型中關(guān)鍵的建模尺寸，選擇“Build” - "Design Variable”，定義相應的設計
變量；選擇“Build”- "Measure",以聯(lián)合收割機40質(zhì)心處為測量點，定義x、y、z三向速
度測量參數(shù)，加速度測量參數(shù)；選擇“Build”- "Force",以自定義方程“Function”定義聯(lián)合收割機40作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力，包括撥禾輪所受阻力，切割過程所受阻力，地面阻力，風阻各驅(qū)動力，其中與車速相關(guān)的阻力，以定義的速度測量參數(shù)為變量；在ADAMS/PostProcessor后處理窗口打開測量的速度參數(shù)曲線、加速度參數(shù)曲線，選擇“Export” - "Numeric Data”，導出文本格式文件；2、建立虛擬場景及農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型，包括建立虛擬場景在Multigen creator中讀取試驗地塊的地形海拔數(shù)字高程模型 (DEM)格式文件，并通過Multigen creator/terrain模塊中的BuildDED菜單將DEM格式文件轉(zhuǎn)換成DED格式文件，如圖5所示，圖5為數(shù)字高程模型(DEM)文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程數(shù)據(jù) (DED)文件操作界面。
讀取、設置 DED 格式文件通過 Multigen creator/Terrain 模塊中的 NewProject 菜單讀取上一步創(chuàng)建的DED格式文件，并進行目標區(qū)域即試驗地塊區(qū)域的選取，考慮是基于地表的仿真，設置地形細節(jié)層次為2層，以實現(xiàn)不同視距下的顯示，設置地圖投影類型為 Flat Earth，選擇地形轉(zhuǎn)換算法為Delaimay，最后生成試驗地塊的數(shù)字地形模型。參見圖 6，圖6為讀取并設置試驗地塊的DED格式文件的操作界面。加載地形紋理數(shù)據(jù)將紋理應用到數(shù)字地形模型多邊形上的方法有以下三種① 在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理；②使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理；③使用間接紋理，即先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)等屬性對應到一個特殊圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。本發(fā)明采用的是為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理的方法，加載地形紋理數(shù)據(jù)，得到逼真的虛擬場景。添加地形特征將道路橋梁、地表建筑、自然景觀、河流湖泊等地形特征添加到地形模型中，可以極大地提高地形模型的真實性。原始地形特征數(shù)據(jù)一般被存儲為標準的 DFAD, DLG或其他矢量格式，在使用前要將其轉(zhuǎn)換為Multigen Creator專用的數(shù)字特征數(shù)據(jù)(DFD)格式。通過Multigencreator/GeoFeature 模塊中的 Import/Convert DFAD to DFD 菜單完成地形特征數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換成DFD特征數(shù)據(jù)文件后，就可以將其導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。將建立完成的虛擬場景模型保存為.fit格式文件。建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型在ftO/Engineer平臺建立聯(lián)合收割機40三維實體模型還不能直接為Multigen Creator所用，因此需要考慮聯(lián)合收割機40參數(shù)化模型的接口。我們以STL格式文件為橋梁，將ftx)/Engineer中的模型導入Multigen Creator,生成聯(lián)合收割機40在虛擬場景中的視景模型。在用ftO/Engineer導出.STL文件時，如果將裝配好的組件整體導出，則由 Multigen Creator導入后，在數(shù)據(jù)庫中只生成單一對象節(jié)點，使得聯(lián)合收割機40的視景模型只能作為一個整體運動，實時仿真過程中不能控制模型的部分機構(gòu)運動。然而聯(lián)合收割機40裝備有割臺、過橋、脫粒滾筒、振動篩、車輪等工作部件，實時仿真中必須能夠控制工作部件的運動，在模型的數(shù)據(jù)庫文件中應使其和主機體分屬不同的節(jié)點，因此，導出.STL 文件時不是將組件整體導出，而是分別導出各部件形成.STL文件。Multigen Creator的數(shù)據(jù)庫文件使用OpenFlight (FLT)場景描述格式，是一種樹狀層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。利用Multigen Creator軟件對縱向軸流聯(lián)合收割機40各零部件模型進行裝配，形成后綴為.fit格式的整機模型，如圖7，圖7為本發(fā)明一實施例的.fit格式的聯(lián)合收割機40整機裝配文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；使用動態(tài)節(jié)點(DOF)技術(shù)可以使模型對象具有活動的能力，在MultigenCreator 中將聯(lián)合收割機40模型的各個運動部件置于不同的DOF下，賦以相應的運動模式。以割臺部件為例，具體步驟包括1)使用Multigen Creator創(chuàng)建工具箱中的創(chuàng)建DOF工具在模型數(shù)據(jù)庫的層級視圖中創(chuàng)建DOF節(jié)點；2)使割臺部件中需要設置自由度的模型對象，包括喂入攪龍、動刀片、撥禾輪等所對應節(jié)點成為DOF節(jié)點的子節(jié)點；3)創(chuàng)建相應的局部坐標系，為模型對象定義自由度；4)在DOF節(jié)點屬性窗口中設置DOF節(jié)點的自由度范圍，如喂入攪龍自由度范圍為旋轉(zhuǎn)360°，動刀片自由度范圍為往復平移85mm，撥禾輪自由度范圍為旋轉(zhuǎn)360°。3、農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的匯入，立體顯示，并進行操控仿真基于仿真驅(qū)動平臺Vega的圖形環(huán)境用戶界面LynX，載入前面生成的聯(lián)合收割機 40作業(yè)虛擬場景50模型以及聯(lián)合收割機40模型；具體步驟包括1)導入虛擬田間場景50及聯(lián)合收割機40模型啟動LynX，打開“Object”面板， 新建兩個Object對象，分別對應步驟A生成的虛擬場景模型(.fit格式)文件和步驟B生成的新型縱向軸流聯(lián)合收割機40模型(.fit格式)文件，并在Object面板中設置位置屬性、坐標系等；2)在場景中生成田間場景及聯(lián)合收割機40模型打開“Scenes”面板，在“對象” 欄中導入步驟Cl”生成的2個對象；3)設置聯(lián)合收割機40模型運動類型打開“Motion Models”面板，在“運動類型” 中有Spin、UFO、Drive、Fly、Walk等多種方式，選擇Drive，設置最大運動速度5m/s ；4)創(chuàng)建運動體對象打開“Players”面板，新建一運動體對象，將聯(lián)合收割機40模型加入到對象列表，在“定位方法”中有2種方式對運動體(即本例中的聯(lián)合收割機40)進行放置一是運動模型方式，按照步驟C4”設定的“運動類型”進行運動；二是路徑導航器方式，此時運動體按照預先設定的路徑進行運動。本實例選擇運動模型方式。5)設置觀察者位置打開“Observers”面板，在“位置方式”中有Manual、Motion Model、Tether-Follow, Tether-Spin, iTether-Fixed 等多種方式，為便于觀察聯(lián)合收割機 40在虛擬田間場景50中的運動，本實例選擇Tether-Follow，同時設定相對于運動體在X、 Y、Z方向上的偏移量X = 0、Y = -220、Z = 30。6)實現(xiàn)聯(lián)合收割機40在虛擬田間場景50中的漫游打開“Preview/ Activel^review”菜單，即可實現(xiàn)本實例聯(lián)合收割機40在虛擬田間場景50中的漫游，聯(lián)合收割機40的運動由鼠標控制，鼠標左鍵加速，鼠標右鍵減速，鼠標中鍵暫停，同時按下左中右三鍵，恢復到初始場景。基于雙目視差原理，在Vega中定義左、右兩個通道，對應左、右雙目視場，左右通道在窗口重合，利用桌面式沉浸系統(tǒng)實現(xiàn)虛擬試驗場的立體顯示，具體步驟包括1)利用Vega的立體緩存(Stereo Buffer)進行虛擬試驗場景的立體顯示，實現(xiàn)立體顯示有以下兩種方法①使用一個單獨的通道(Both Left and Iiight)，通過每隔一幀在左、右GL緩存交替繪制場景來實現(xiàn)；②定義兩個單獨的通道，其中一個通道由左GL緩存繪制(Left Only)，另一個通道由右GL緩存繪制(Right Only)，兩個通道在窗口中是重合的。本發(fā)明選擇第2種方法。使用第2種方法進行立體顯示時，還需要設置左、右兩個通道的偏移量，設置左右通道偏移量也有兩種方法①分別給左、右通道設置一定X方向的偏斜來確定通道偏移(例如，可以將左、右通道的X偏斜值分別設為-0. 1和+0. 1)；
②根據(jù)觀察者(Observers)立體設置(Stereo Settings)中的眼間距(EyeSeparation)和收斂范圍(Convergence Range)設定的值自動計算左、右兩個通道的偏移量。本發(fā)明選擇第2種方法來自動確定通道偏移量。人眼通常的眼間距為4-6cm，我們設定為5cm，收斂范圍取默認值30。幻利用桌面式沉浸系統(tǒng)實現(xiàn)虛擬試驗場的立體顯示。本發(fā)明所建立的桌面式沉浸系統(tǒng)主要可由一臺立體顯示器20(分辨率達到120MZ)和nvidia 3D眼鏡30套裝組成，桌面式沉浸系統(tǒng)示意圖如圖9所示，圖9為本發(fā)明一實施例的桌面式沉浸系統(tǒng)示意圖。其原理是顯示器20顯示的圖像通過紅外發(fā)射器10發(fā)射，由眼鏡30接受，當顯示器20輸出左眼圖像時，左眼鏡片為透光狀態(tài)，而右眼為不透光狀態(tài)，而在顯示器20輸出右眼圖像時，右眼鏡片透光而左眼不透光，這樣兩只眼鏡30就看到了不同的畫面，達到欺騙眼睛的目的。眼鏡30從紅外發(fā)射器10接收信號，用以同步左右眼睛的快門信號，顯示器20可以為左右眼顯示60HZ幀頻的畫面，以這樣地頻繁切換來使雙眼分別獲得有細微差別的圖像，經(jīng)過大腦計算從而生成一幅3D立體圖像。利用該桌面式沉浸系統(tǒng)可以實現(xiàn)聯(lián)合收割機40虛擬試驗場景的立體顯示。利用上述步驟，可以實現(xiàn)聯(lián)合收割機40在虛擬田間環(huán)境中的基本漫游顯示功能。 為了使用戶更深入的分析聯(lián)合收割機40在典型田間道路的通過性能，本發(fā)明設計了交互式控制，通過手動控制，可完成試驗過程的單步執(zhí)行，這樣用戶就可對每個時刻的聯(lián)合收割機40狀態(tài)進行觀察，并可利用鼠標對該時刻進行縮放、旋轉(zhuǎn)等變換，從各個角度進行分析。另外，為了用戶更好的了解虛擬田間試驗場，還發(fā)明還提供了兩種形式的虛擬試驗場的漫游一種是自動漫游，即按設計者事先規(guī)劃好的最佳路徑與最佳視角，對虛擬環(huán)境進行表現(xiàn)，如圖8所示，圖8為本發(fā)明一實施例的聯(lián)合收割機40田間行走路徑規(guī)劃示意圖。另一種是交互式漫游，即漫游路徑由鼠標或鍵盤實時控制。為了實現(xiàn)復雜的場景交互應用，本發(fā)明通過Vega的C語言應用程序接口(API)，編寫程序，設定鍵盤控制聯(lián)合收割機40在虛擬場景中的運動，高效地對虛擬場景進行實時交互控制。具體包括向上方向鍵控制聯(lián)合收割機40加速，向下方向鍵控制減速，向左方向鍵控制左轉(zhuǎn)，向右方向鍵控制右轉(zhuǎn)，Y/y鍵控制視點前移，H/h鍵控制視點后移，G/g鍵控制視點左移， J/j鍵控制視點右移，M/m鍵控制視點上移，Ν/η鍵控制視點下移，V/v鍵控制視點向左平轉(zhuǎn)， B/b鍵控制視點向右平轉(zhuǎn)，Ο/ο鍵控制視點向上仰視，Ρ/ρ鍵控制視點向下俯視，A/a鍵恢復到初始場景，T/t鍵控制紋理顯示，F(xiàn)/f鍵控制霧效果顯示，L/1控制環(huán)境燈光顯示。4、虛擬試驗數(shù)據(jù)調(diào)用、顯示用于評價虛擬試驗結(jié)果，為改進設計提供依據(jù)，具體包括如圖10，圖10為本發(fā)明一實施例的聯(lián)合收割機在虛擬田間場景中的漫游與交互控制示意圖，可利用NI公司的圖形編程語言LabVIEWS. 0開發(fā)虛擬儀表，例如圖10所示的時速表60、側(cè)傾角測量儀70、橫擺角測量儀80、仰視角測量儀90等，對應農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗不同的參數(shù)，實現(xiàn)虛擬場景中農(nóng)業(yè)裝備運動狀態(tài)參數(shù)調(diào)用與顯示，便于用戶更加清楚的觀察虛擬試驗過程中農(nóng)業(yè)裝備運動狀態(tài)的變化，對虛擬試驗作出評價，并為改進設計提供依據(jù)。5、農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成
根據(jù)上述步驟中虛擬試驗數(shù)據(jù)的調(diào)用、顯示，針對實際生產(chǎn)需要及客戶要求，對該聯(lián)合收割機40的各項參數(shù)進行優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化后的各參數(shù)，生成該聯(lián)合收割機40的新的虛擬樣機，其樣機的生成過程，與前述建立聯(lián)合收割機40的三維模型步驟中的方法一致，在此不做贅述。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于，包括如下步驟 試驗模型加載步驟，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟，根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟，建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗步驟，在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價步驟，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價。
2.如權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集，獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型，把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)，得到所需的虛擬場景。
3.如權(quán)利要求2所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述加載地形紋理數(shù)據(jù)包括在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理； 或使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理； 或使用間接紋理，先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)屬性對應到一個圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。
4.如權(quán)利要求2所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟還包括添加地形特征，將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。
5.如權(quán)利要求4所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。
6.如權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型，根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。
7.如權(quán)利要求6所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于，所述建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型包括將所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟得到的三維零部件模型轉(zhuǎn)換成三維零部件模型文件；將所述三維零部件模型文件導入三維建模軟件，導出為所需三維零部件模型； 對所述所需三維零部件模型進行裝配，形成整機模型；將所述整機模型的各個運動部件置于不同的動態(tài)節(jié)點下，賦以相應的運動模式。
8.如權(quán)利要求6所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述虛擬試驗步驟包括對農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真，建立虛擬樣機仿真平臺，在所述虛擬樣機仿真平臺中導入所述整機虛擬現(xiàn)實模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真并獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；讀取所述仿真驅(qū)動平臺后處理中導出的所述農(nóng)業(yè)裝備的測量曲線的文本文件，實現(xiàn)該農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型在虛擬場景中的試驗再現(xiàn)、多角度漫游和/或交互式控制。
9.如權(quán)利要求8所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 對所述農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真包括對所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟中確定的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，在所述虛擬樣機仿真平臺中定義相應的設計變量；根據(jù)建立的所述農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵建模尺寸、運動參數(shù)及作業(yè)過程的受力方程，考慮各種路面條件，確定所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力； 對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真，獲得仿真試驗數(shù)據(jù)； 在所述虛擬樣機仿真平臺后處理窗口打開測量曲線并導出。
10.如權(quán)利要求8所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于， 所述虛擬試驗步驟還包括在應用程序中定義左、右通道，分別對應左、右雙目視場，所述左右通道在窗口重合，實現(xiàn)桌面式沉浸系統(tǒng)下的所述農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的立體顯示。
11.如權(quán)利要求1 10中任意一項所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。
12.—種農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其特征在于，包括 試驗模型加載模塊，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元，用于根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元，用于建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗模塊，與所述試驗模型加載模塊連接，用于在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價模塊，與所述虛擬試驗模塊連接，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價。
13.如權(quán)利要求12所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其特征在于，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元，用于獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型次單元，用于把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元，用于得到所需的虛擬場景。
14.如權(quán)利要求13所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其特征在于，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元還包括添加地形特征次單元，用于將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。
15.如權(quán)利要求14所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其特征在于，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。
16.如權(quán)利要求12所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其特征在于，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元，用于對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元，用于根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。
17.如權(quán)利要求12 16中任意一項所述的農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制裝置，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。
18.—種農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，包括如下步驟試驗模型加載步驟，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟，根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟，建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗步驟，在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價步驟，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價；以及虛擬樣機生成步驟，根據(jù)所述虛擬試驗評價的結(jié)果，對所述農(nóng)業(yè)裝備的各項參數(shù)進行優(yōu)化，并根據(jù)所述優(yōu)化的參數(shù)生成虛擬樣機。
19.如權(quán)利要求18所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集，獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型，把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)，得到所需的虛擬場景。
20.如權(quán)利要求19所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述加載地形紋理數(shù)據(jù)包括在地形窗口的等高線比例尺中，為地形的不同海拔指定加載到紋理調(diào)板中的紋理； 或使用地形窗口中的Texture面板，為其指定帶有地形坐標信息的地形紋理； 或使用間接紋理，先將地形多邊形的顏色、紋理和材質(zhì)屬性對應到一個圖案上，再將該圖案映射到地形模型上。
21.如權(quán)利要求197所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟還包括添加地形特征，將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。
22.如權(quán)利要求21所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。
23.如權(quán)利要求18所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型，根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。
24.如權(quán)利要求23所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型包括將所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟得到的三維零部件模型轉(zhuǎn)換成三維零部件模型文件；將所述三維零部件模型文件導入三維建模軟件，導出為所需零部件模型；對所述所需三維零部件模型進行裝配，形成整機模型；將所述整機模型的各個運動部件置于不同的動態(tài)節(jié)點下，賦以相應的運動模式。
25.如權(quán)利要求23所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述虛擬試驗步驟包括對農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真，建立虛擬樣機仿真平臺，在所述虛擬樣機仿真平臺中導入所述整機虛擬現(xiàn)實模型，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真并獲得仿真試驗數(shù)據(jù)；讀取所述仿真驅(qū)動平臺后處理中導出的所述農(nóng)業(yè)裝備的測量曲線的文本文件，實現(xiàn)該農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型在虛擬場景中的試驗再現(xiàn)、多角度漫游和/或交互式控制。
26.如權(quán)利要求25所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行動力學仿真包括對所述建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型步驟中確定的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，在所述虛擬樣機仿真平臺中定義相應的設計變量；根據(jù)建立的所述農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵建模尺寸、運動參數(shù)及作業(yè)過程的受力方程，考慮各種路面條件，確定所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過程受到的驅(qū)動力以及阻力； 對所述農(nóng)業(yè)裝備進行運動仿真，獲得仿真試驗數(shù)據(jù)； 在所述虛擬樣機仿真平臺后處理窗口打開測量曲線并導出。
27.如權(quán)利要求25所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述虛擬試驗步驟還包括在應用程序中定義左、右通道，分別對應左、右雙目視場，所述左右通道在窗口重合，實現(xiàn)桌面式沉浸系統(tǒng)下的所述農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的立體顯示。
28.如權(quán)利要求18 27中任意一項所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成方法，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。
29.—種農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其特征在于，包括 試驗模型加載模塊，包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元，用于根據(jù)試驗地塊的海拔高度及地表特征數(shù)據(jù)生成所述試驗地塊的數(shù)字地形模型，將所述數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)換為所述農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)的虛擬現(xiàn)實場景模型；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元，用于建立所述農(nóng)業(yè)裝備的三維模型，并生成符合所述虛擬現(xiàn)實場景模型要求的農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景單元，基于仿真驅(qū)動平臺的圖形環(huán)境用戶界面，載入所述的虛擬現(xiàn)實場景模型及所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型；虛擬試驗模塊，與所述試驗模型加載模塊連接，用于在所述虛擬現(xiàn)實場景模型中對所述三維模型進行運動仿真，運行所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型并對其進行操控仿真；虛擬試驗評價模塊，與所述虛擬試驗模塊連接，利用虛擬儀表，對應所述農(nóng)業(yè)裝備虛擬試驗的不同參數(shù)，實現(xiàn)所述虛擬現(xiàn)實場景中所述農(nóng)業(yè)裝備的運動狀態(tài)參數(shù)的調(diào)用與顯示并對其進行虛擬試驗評價；以及虛擬樣機生成模塊，與所述虛擬試驗評價模塊連接，根據(jù)所述虛擬試驗評價結(jié)果，對所述農(nóng)業(yè)裝備進行優(yōu)化設計，并根據(jù)所述優(yōu)化設計的參數(shù)生成虛擬樣機。
30.如權(quán)利要求四所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其特征在于，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元包括試驗地塊數(shù)據(jù)采集次單元，用于獲取試驗地塊的地形海拔數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成三維建模軟件支持的文件；生成三維數(shù)字地形模型次單元，用于把轉(zhuǎn)化得到所述文件導入到生成軟件中，設定轉(zhuǎn)換參數(shù)，生成三維數(shù)字地形模型；加載地形紋理數(shù)據(jù)次單元，用于得到所需的虛擬場景。
31.如權(quán)利要求30所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其特征在于，所述建立虛擬現(xiàn)實場景模型單元還包括添加地形特征次單元，用于將存儲為矢量格式的地形特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)字特征地形數(shù)據(jù)導入地形模型數(shù)據(jù)庫中。
32.如權(quán)利要求31所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其特征在于，所述地形特征包括道路、橋梁、地表建筑、自然景觀和/或河流湖泊。
33.如權(quán)利要求四所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其特征在于，所述建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型單元包括建立農(nóng)業(yè)裝備三維模型次單元，用于對所述農(nóng)業(yè)裝備進行抽象和簡化，確定所述農(nóng)業(yè)裝備的關(guān)鍵建模尺寸參數(shù)，用三維制圖軟件建立該農(nóng)業(yè)裝備的各部件三維模型庫；建立農(nóng)業(yè)裝備整機虛擬現(xiàn)實模型次單元，用于根據(jù)所述農(nóng)業(yè)裝備三維模型建立所述農(nóng)業(yè)裝備的整機虛擬現(xiàn)實模型，并將得到的該整機虛擬現(xiàn)實模型導出。
34.如權(quán)利要求四 33中任意一項所述的農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機的生成裝置，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)裝備為聯(lián)合收獲機、拖拉機或大型變量噴灌機。
全文摘要
一種農(nóng)業(yè)裝備在虛擬場景中的運動仿真與控制方法及裝置，該方法包括如下步驟試驗模型加載步驟；虛擬試驗步驟；虛擬試驗評價步驟。其中，該試驗模型加載步驟包括建立虛擬現(xiàn)實場景模型步驟；建立農(nóng)業(yè)裝備虛擬現(xiàn)實模型步驟；農(nóng)業(yè)裝備匯入虛擬現(xiàn)實場景步驟。本發(fā)明還提供了一種農(nóng)業(yè)裝備虛擬樣機生成方法及裝置。本發(fā)明的方法及裝置不受季節(jié)、場地、時間和次數(shù)的限制，可對虛擬試驗過程進行回放、再現(xiàn)和重復，不僅可以作為真實試驗的前期準備，還可以在一定程度上替代傳統(tǒng)的試驗，從而大幅度減少樣機制造試驗次數(shù)，縮短新產(chǎn)品試驗周期，同時降低實際試驗費用，并且可以實現(xiàn)設計者、產(chǎn)品用戶在設計階段信息的互相反饋。
文檔編號G06F17/50GK102194022SQ201010127808
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者劉克格, 張書明, 方憲法, 李樹君, 楊方飛, 衣淑娟, 許仲祥, 許安祥, 閆楚良 申請人:中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院, 固安嘉峰機械工程有限公司