基于虚拟现实技术的桥吊仿真训练器是集场景模型仿真、设备通讯、驾驶课程训练为一体的综合性训练系统。本文以港口起重机装卸集装箱工作环境为研究背景,运用虚拟现实相关技术,研制开发了具有实时场景三维立体仿真、人机实时交互控制、定制训练课程等主要功能的桥吊仿真训练系统,并提出了基于虚拟机器人的漫游引擎设计,运用状态方程描述动力学模型以及碰撞检测引擎平台的设计与实现,具有重要的实践意义和参考价值。 本文结合桥吊起重机的结构和工作状态,分析了目前主要的三维建模技术和方法,采用一种基于3D Max软件的建模方法。应用了多纹理贴图技术、LOD细节层次技术和优化软件WUModeler对模型进行优化和物理重心校正,大大降低了多边形数量,提高运算和渲染效率。在动力学模型建模方面,以起重机各部分物理运动状态分析的为基础,建立了二维和三维空间的动力学方程,结合状态方程进行表示,并采用龙格库塔四阶法对状态方程求解,对每个时刻模型的运动状态进行描述和输出。虚拟漫游引擎是本文的重点,通过提出引入虚拟机器人模型来设计实现,主要设计了漫游检测的流程算法,对模型的加载、场景的调度、视点变换、虚拟机器人映射、状态交互控制机制、碰撞检测引擎封装与调用等核心功能进行了实现。本文自行设计了一种适用于规则长方体包围盒的碰撞检测算法,结合WorldToolKit虚拟现实支持类库提供的算法和层级包围球算法,提供多种检测输入输出方式,实现了碰撞检测引擎。硬件方面,对相关的硬件设备进行驱动与通信研究,实现了鸟群传感器和跟踪器、数据手套、数字头盔、驾驶操作台、立体投影设备等与计算机软件系统的通信,并对虚拟现实中的几何模型及其运动进行操纵,以立体转换信号输出,实现立体仿真。 最后,运用VC++开发环境实现仿真训练器的软件平台和训练模块,实现虚拟现实各种硬件设备与计算机软件系统的整体合成。