第三讲、三维场景建模与仿真
在无人系统研发过程中,需要进行大量的运动控制系统半物理实时仿真实验,传统仿真界面的运动轨迹显示多采用的是二维曲线形式,运动过程和状态是通过文本数据显示。随着数据量的增加,该方式缺乏直观性,不易观察 、理解和分析 ,不利于挖掘隐藏于数据中的本质特性 ;而一 幅逼真图像包含的信息则囊括了曲线和文本显示的信息 。因此,将三维可视化仿真技术应用到无人系统仿真中,可以使系统数据以更自然、更易理解的图像形式展示出来,逼真的再现无人系统运行全过程 。
无人系统的三维仿真是利用三维建模技术,将载具及其周围的场景映射到一个虚拟仿真环境(Visual Environment),通过控制计算机的实时数据驱动,真实再现载具的运动状态,为故障检测、实时监控、训练仿真等领域提供强有力的分析依据。在无人系统三维仿真平台中,关键是要营造高逼真的仿真环境,而显示画面的真实性和实时性是其中的重中之重。
同时保证真实性与实时性是非常具有挑战的,例如电影的CG(Computer Graphics)技术能够渲染出无限接近于现实世界的人物或场景,但是其幕后是大量高性能计算机长时间渲染以及人工逐帧加工的结果。与目前前沿的游戏开发以及虚拟现实(Computer Graphics,VR)技术开发的目的相同,无人系统的三维仿真是期望在尽量短的时间内(实时性)输出与真实世界尽量逼真(真实性)的动态场景(运动仿真需求)。同时,无人系统的三维仿真还需要能够实时输出各类视觉传感器(相机、光电吊舱、激光雷达等)的模拟数据,这对计算机性能的要求会更高,同时也依赖于传感器建模技术。
RflySim工具链主要使用基于虚幻引擎开发的RflySim3D进行三维仿真,为了适应不同的仿真需求,工具链内置了一部分场景与三维模型,并提供了相应的外部驱动接口,如需使用其他场景与三维模型,还应掌握除虚幻引擎以外的一些三维处理软件的基本使用方法。RflySim3D与工具链中其他软件的交互是通过UDP实现的,且提供了Python、Simulink的控制接口和脚本例程。
第二期:实验工具链配置&三维场景建模与仿真(上)
第二期:实验工具链配置&三维场景建模与仿真(中)
第二期:实验工具链配置&三维场景建模与仿真(下)