基于虛擬現(xiàn)實的敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機視景仿真系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality)是由計算機與電子相結(jié)合產(chǎn)生的新技術(shù)，它綜合應(yīng)用傳感器、人工智能、立體顯示等多項技術(shù)模擬出具有真實感與沉浸感的人工虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實技術(shù)產(chǎn)生的是一種多感知虛擬環(huán)境，除了常見的視覺感知以外，還包括聽覺、嗅覺和觸覺等其他方面的感知。借助視覺顯示設(shè)備與人機交互設(shè)備，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以使使用者實時感知與操作虛擬場景中的對象，得到身臨其境感受。虛擬現(xiàn)實技術(shù)由于強大的人機交互能力，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計與制

2、造、軍事、航天、醫(yī)學(xué)康復(fù)、影視、考古研究、教育等多個領(lǐng)域。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，擁有“低成本、高性能”特點的虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)出越來越大的發(fā)展前景。立體顯示系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的重要組成，是進(jìn)行交互性操作的基礎(chǔ)。
　　全斷面隧道掘進(jìn)機（Full Face Rock Tunnel Boring Machine）是集液壓、機械、電子、電氣、控制等多項技術(shù)于一體，應(yīng)用于隧道施工的高度機械化與自動化的大型工程設(shè)備。掘進(jìn)機具有綜合效益好、

3、自動化程度高、不受外界氣候影響等諸多優(yōu)點，是現(xiàn)在隧道施工使用最普遍、應(yīng)用前景最廣闊的機械設(shè)備。本文研究的敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機適用于硬巖地層的開挖，破巖機理主要是在刀盤與滾刀的綜合作用下，巖石產(chǎn)生溝槽的深度不斷加深進(jìn)而發(fā)生斷裂，最后從巖石表面剝落下來完成破巖。未來的幾十年內(nèi)，我國城市地鐵工程、山路交通、越江穿海隧道等各項建設(shè)需要各種不同直徑、不同類型的隧道需要開挖，掘進(jìn)機市場需求巨大并會在未來一段時間持續(xù)增長，因此加大對TBM的理論研究和

4、產(chǎn)品開發(fā)力度將是非常必要的。由于掘進(jìn)機特殊的施工布置環(huán)境使得我們很難進(jìn)行觀察研究，所以運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對施工場景進(jìn)行施工模擬是一個很好的研究途徑，并且對于其它大型工程機械設(shè)備也具有很好的工程適用性。
　　本文主要研究內(nèi)容是敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機視景仿真系統(tǒng)開發(fā)。課題以德國維爾特公司生產(chǎn)的803E敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機作為研究對象，基于MultiGen Creator完成敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機施工場景的框架構(gòu)建，并對材質(zhì)、紋理映射、布告板

5、技術(shù)、LOD技術(shù)、實例化技術(shù)做進(jìn)行了深入的研究。綜合使用以上技術(shù)創(chuàng)建了逼真的施工場景，很好地滿足了虛擬視景仿真的需要。采用自頂向下的裝配設(shè)計方法，在Pro/E軟件中構(gòu)建敞開式硬巖隧道掘進(jìn)機的三維模型，按照運動關(guān)系對各個部件進(jìn)行裝配調(diào)整，并通過轉(zhuǎn)換得到可以在虛擬現(xiàn)實軟件中處理的數(shù)據(jù)格式，完成掘進(jìn)機模型在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的裝配。對掘進(jìn)機施工過程的運動部件設(shè)置了DOF節(jié)點，并對掘進(jìn)機數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了優(yōu)化，生產(chǎn)了OpenFlight數(shù)據(jù)格式。基于M