Виртуальная модель экскаватора – Обучение управлению одноковшовыми экскаваторами с рабочим оборудованием гидромолота. Практическая работа

Содержание

Как управлять экскаватором

Строительство — это довольно сложный процесс, который предполагает довольно много различных видов работа. Среди них особое место занимает обработка почвы, которая выполняется в большинстве случаев экскаваторами.

Данные механизмы достаточно дороги, поэтому не каждый потребитель может позволить его купить. Альтернативой является обычная аренда экскаватора на определенное время, что дает возможность выполнить все поставленные задачи.

Подготовительные работы

Экскаватор является очень сложным механизмом, поэтому его управление не будет простым и требует определенных навыков. Перед тем, как приступать к данному процессу следует выполнить несколько простых рекомендаций:

  1. В первую очередь необходимо ознакомиться с системой самой машины. Следует выделить рабочие органы и конструкции для управления ими.
  2. Перед началом работ обязательно убедитесь в работоспособности экскаватора. Для этого его следует осмотреть на наличие повреждений и других подобных дефектов.
  3. После этого следует обязательно изучить инструкцию по управлению. Это поможет вам разобраться со всеми кнопками, рычагами и другими элементами.

Приступаем к работе

Процесс управления экскаватора следует начинать с выполнения простых рекомендаций:

  • Сначала следует сесть за руль и завести двигатель, чтобы он прогрелся определенное время. Также при этом убедитесь, что все рабочие органы располагаются на земле.
  • После этого следует отпустить стояночный тормоз и попробовать двигаться вперед на экскаваторе. При этом желательно сразу использовать только маленькие скорости, чтобы привыкнуть к работе устройства.
  • Следующим шагом является изучение работы основных органов. Управляться они могут, как с помощью рычагов, так и джойстиков. Подымать ковш следует медленно, понимая в какую сторону он должен двигаться.

Чтобы пробовать копать, следует выставить экскаватор в заднее положение и расположить на специальные опоры. После этого можно пробовать управлять стрелой и работать с почвой.

Обратите внимание, что экскаваторы могут кардинально отличаться друг от друга, как мощностью, так и системой управления. Если вы хотите научиться качественно работать с такими машинами, тогда желательно пройти специальные курсы, где вы сможете набраться опыта. Только постоянная работа с экскаватором позволит правильно чувствовать его и выполнять самые сложные задачи.

Твитнуть

postroyka.org

Экскаватор — Паркфлаер

Смотрю, внимание тов. моделистов всерьез привлекают различные бесполезные устройства и интересные механизмы, большинство из которых так и останутся просто забавной игрушкой.

А вот еще один девайс. Сделал не я, залил видео не я, идея не моя. В общем, мопед не мой, я просто разместил объяву.

 
Вполне действующая модель экскаватора с приводом от 4 гидроцилиндров. Штука интересная, стоит посмотреть и впечатлиться. Но прежде позвольте немного помучить вас скучной теорией.
Начнем с общего, перейдем к частному.
1) Экскава́тор (от лат. excavo — «долблю») — основной тип землеройных машин, оснащённых ковшом. Основным назначением является разработка и извлечения мягких (земля, песок и др.) и жёстких (железная руда, гранит и пр.) горных пород в карьере при вскрыше, или добыче ископаемых руд. Экскаватор также применяется при рытье котлованов на стройках, или отвалах.  
Рабочий орган экскаватора- ковш, перемещаемый относительно обрабатываемого грунта. Усилие на ковш, рукоять и стрелу передается от соответствующих гидроцилиндров. На этих исполнительных механизмах остановимся подробнее.
2) Гидроцилиндр (гидравлический цилиндр) — объёмный гидродвигатель возвратно-поступательного движения. Принцип действия гидроцилиндров во многом схож с принципом действия пневмоцилиндров.
Существует 3 основных вида гидроцилиндров:
Гидроцилиндры одностороннего действия

Выдвижение штока осуществляется за счёт создания давления рабочей жидкости в поршневой полости, а возврат в исходное положение от усилия пружины.
Усилие, создаваемое гидроцилиндрами данного типа, при прочих равных условиях меньше усилия, создаваемого гидроцилиндрами двустороннего действия, за счёт того, что при прямом ходе штока необходимо преодолевать силу упругости пружины.
Пружина выполняет здесь роль возвратного элемента. В тех случаях, когда возврат производится за счет действия приводимого механизма, другого гидроцилиндра или силы тяжести поднятого груза, гидроцилиндр может не иметь возвратной пружины ввиду отсутствия необходимости.
Гидроцилиндры двустороннего действия

Как при прямом, так и при обратном ходе поршня усилие на штоке гидроцилиндра создаётся за счёт создания давления рабочей жидкости соответственно в поршневой и штоковой полости.
Следует иметь в виду, что при прямом ходе поршня усилие на штоке несколько больше, а скорость движения штока меньше, чем при обратном ходе, за счёт разницы в площадях, к которым приложена сила давления рабочей жидкости (эффективной площади поперечного сечения). Такие гидроцилиндры осуществляют, например, подъём-опускание отвала многих бульдозеров.
Телескопические гидроцилиндры

Называются так благодаря конструктивному сходству с телескопом или подзорной трубой. Такие гидроцилиндры применяются в том случае, если при небольших размерах самого гидроцилиндра в исходном, т. е. сложенном, состоянии, необходимо обеспечить большой ход штока. Конструктивно представляют собой несколько цилиндров, вставленных друг в друга таким образом, что корпус одного цилиндра является штоком другого. Такие гидроцилиндры имеют исполнение как для одностороннего, так и для двустороннего действия.
Они осуществляют, например, подъём-опускание кузовов во многих самосвалах.
Так выглядит реальный гидроцилиндр в разрезе.
А теперь о модели. Как уже сказано, работает она от 4 гидроцилиндров. По виду действия- нечто между односторонним и двусторонним: вход один, рабочая полость одна, но работает в обе стороны- обратный ход за счет разрежения. Сделаны гидроцилиндры из самых обычных медицинских шприцов с уплотненным поршнем. Привод на ковш, рукоять, стрелу и поворот платформы.
В отличие от прочих устройств, эта идея может быть полезна авиамоделистам в качестве полукопийных приводов закрылков и шасси. А если по тому же принципу делать пневмоцилиндр- можно получить демпфер и амортизатор. 
Надеюсь, эта самоделка будет вам интересна. Удачи! 

www.parkflyer.ru

Анализ расчетных положений рабочего оборудования экскаватора в среде SolidWorks — visualNASTRAN

Владимир Павлов

Выбор нагрузки на ковше экскаватора

Ограничение силы Р по условию устойчивости экскаватора

Ограничение силы Р по условию сдвига экскаватора

Ограничение силы Р по величине давления в запертых гидроцилиндрах

От правильного определения нагрузок на элементы рабочего оборудования экскаватора и выбора коэффициентов запаса прочности зависят работоспособность конструкции, ее надежность и масса, а также энергоемкость рабочего процесса. Известно, что у большинства выпускаемых экскаваторов около 70% энергии, расходуемой стрелоподъемным механизмом обратной лопаты, приходится на подъем самого рабочего оборудования и лишь около 30% — на подъем грунта в ковше. Экскаватор является динамичной машиной, и разгон или торможение поворотной платформы с рабочим оборудованием — это характерная часть рабочего цикла. Поэтому минимизация массы элементов рабочего оборудования и энергоемкости операций цикла представляет собой актуальную задачу.

Рабочее оборудование экскаватора позволяет осуществлять несколько независимых движений: поворот стрелы относительно платформы, поворот рукояти относительно стрелы, поворот ковша относительно рукояти. В более сложных схемах навески рабочего оборудования количество степеней свободы может быть более трех, возможно пространственное манипулирование рабочим органом. Упор ковша в непреодолимое препятствие может произойти при различном положении элементов рабочего оборудования. При этом, в зависимости от положения, меняются плечи сил, направления линий действия и их величины. В результате независимых движений можно получить бесконечно большое число различных положений элементов оборудования в пространстве.

Трудности в выборе расчетных положений и сочетаний нагрузок, по которым с большей степенью достоверности можно вести расчет на прочность, определяются также следующими причинами:

• напряжения в элементах рабочего оборудования зависят от величины и направления внешних сил, от положения элементов в пространстве и относительно друг друга;

• основная внешняя нагрузка на рабочее оборудование — сопротивление перемещению режущей кромки — бывает наибольшей при встрече ковша с непреодолимым препятствием и может быть направлена под любым углом к направлению движения режущей кромки. Величина этой нагрузки зависит от ее направления;

• максимальные напряжения в различных элементах и даже в разных сечениях одного элемента возникают неодновременно;

• число положений элементов рабочего оборудования и нагрузки может составлять несколько тысяч (если определять его количеством сочетаний углов наклона стрелы, рукояти, ковша и нагрузки при изменении каждого из углов с шагом 20°).

Рабочее оборудование представляет собой многозвенный механизм, состоящий из т твердых тел (звеньев), образующих n вращательных или поступательных пар. Обозначим номер каждого тела через i: 0 ≤ i т. Нулевой номер присваивается обычно основанию (неподвижной опоре). Для экскаватора таковой может быть поворотная платформа.

Рассматриваемое оборудование — обратная лопата — обладает тремя степенями свободы, положение его элементов (стрелы, рукояти, ковша) определяется функцией трех угловых координат: α1 , α2, α3 (рис. 1). Положительное значение угловых координат соответствует положению вращающегося против часовой стрелки радиус-вектора. Эти три обобщенные координаты определяют координаты любого шарнира или расчетной точки рабочего оборудования экскаватора в основной системе координат Oxy, совмещенной с опорной поверхностью (грунтом) и осью вращения поворотной платформы.

Рис. 1. Экскаватор как многозвенная механическая система

Локальные системы координат стрелы, рукояти и ковша связаны с соответствующим опорным или соединительным шарниром. Каждая ось хi повернута относительно предшествующей системы координат (оси хi-1) соответственно на угол αi . Перемещение i-й системы относительно (i-1)-й характеризует движение i-го звена относительно (i -1)-го.

Каждому соединительному шарниру (или расчетной точке) присвоим номер j (1  ≤  j  ≤  n). Условимся, что начало локальной системы координат i-го тела выбирается в шарнире с номером j = i . Нумерация остальных шарниров (от (т + 1) до n) произвольна.

Например, оборудование на рис. 1 включает восемь тел и 11 шарниров (т = 8, n  = 11, гидроцилиндр считается одним телом переменной длины). Каждое тело имеет хотя бы один шарнир с номером j  =  i.

Приведенная нумерация тел и шарниров используется для автоматизированной «сборки» уравнений кинематического и силового анализа оборудования.

Связь между однородными координатами некоторой точки в i й и основной системах координат можно записать в виде

X (0) = T0, i x X(i),

где T0, i  — матрица перехода от i-й к основной системе координат.

Выбор нагрузки на ковше экскаватора

Расчет элементов рабочего оборудования на прочность выполняют для случая наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок на элементы оборудования при упоре ковша в непреодолимое препятствие. Реакция препятствия приложена к режущей кромке ковша, направлена относительно локальной системы координат ковша под углом α = 0 … (рис. 2). Следовательно:

где Р01 — касательная к траектории режущей кромки ковша сила копания, создаваемая движущим гидроцилиндром.

Рис. 2. Определение силы копания при упоре ковша в непреодолимое препятствие

Положение силы Р в основной системе координат Оху определяется углом

∆ = α1 + α2 + α3 + α.

Если через A, B, C и D обозначить множество дискретных значений по координатам α1, α2, α3 и α, то мощность результирующего множества равна |G| = |A|•|B|•|C|•|D|. При мощности каждого из исходных множеств, равного 10, получаем |G|  = 104, таким образом, даже для довольно упрощенной постановки задачи объем вычислений значителен.

Проекция силы Р на оси Ох и Оу основной системы координат:

Px = Pcos∆;

Py = Psin∆.

Одна из задач расчета — определение значения угла ∆, при котором элементы рабочего оборудования испытывают наибольшие нагрузки (напряжения). Заметим, что теоретически при α → 0 и α → p сила Р → ∞. Для реальной конструкции это условие не выполняется. Во-первых, рабочее оборудование не является абсолютно жесткой системой, а во-вторых, устойчивость экскаватора и другие факторы (они рассмотрены ниже) ограничивают величину силы Р .

Таким образом, величину реакции препятствия Р следует определить с учетом характеристики движущего гидроцилиндра, ориентировки силы Р относительно ковша, а также действующих ограничений.


Ограничение силы Р по условию устойчивости экскаватора

При анализе устойчивости экскаватора учитывается изменение координат режущей кромки ковша и ориентировки силы Р относительно ковша. Опрокидывающий момент (и саму возможность опрокидывания) оценивают для любого сочетания углов a i. Учитываются также перемещения центров тяжести стрелы, рукояти, ковша и машины в целом в процессе выполнения рабочих операций.


Ограничение силы Р по условию сдвига экскаватора

При достаточно большой величине силы Рх может произойти сдвиг машины относительно опорной поверхности (грунта). При этом учитывается наличие силы Ру, которая, в зависимости от направления, может увеличивать или уменьшать сцепной вес экскаватора.

Имеют место ситуации, когда сдвиг экскаватора невозможен при любой величине нагрузки Р . Это наблюдается в тех случаях, когда сила Р находится в пределах конуса трения.


Ограничение силы Р по величине давления в запертых
гидроцилиндрах

В рабочих полостях движущего гидроцилиндра давление (активное) определяется параметрами насосной установки или настройки предохранительного клапана. В запертых гидроцилиндрах рабочего оборудования возникает реактивное (пассивное) давление, наибольшая величина которого также ограничена настройкой клапана. При возникновении давлений, превышающих настройку предохранительных клапанов, жидкость дросселируется через клапан. Шток гидроцилиндра перемещается (если он не находится в одном из крайних положений). Нагрузка на рабочий орган экскаватора, таким образом, ограничивается.

Наибольшую нагрузку Р для каждого положения ковша определяют путем последовательного использования алгоритмов оценки предельного давления в запертых гидроцилиндрах, устойчивости и сдвига экскаватора.

В качестве критерия при выполнении прочностных расчетов для случаев сложного напряженного состояния металлоконструкций обычно принимают напряжения по Мизесу (σпр). Расчет σпр предлагается выполнять двумя способами: по упрощенным зависимостям, известным из курса сопротивления материалов, и по методу конечных элементов (МКЭ) на основе CAE-системы. Первый способ обеспечивает экономию времени, второй — большую точность расчетов.

Упрощенная методика расчета напряжений в элементах оборудования может быть использована для предварительного анализа нагруженности и поиска расчетных положений. Под расчетными положениями здесь понимается конкретное значение вектора a i , соответствующее наибольшим напряжениям в расчетном сечении элемента рабочего оборудования. Эта задача может быть формализована следующим образом: определить координаты элементов рабочего оборудования α1 , α2 и α3 и положение силы Р относительно ковша, при которых в рассматриваемом элементе оборудования возникают максимальные напряжения:

 

,

где E — множество неопределенностей, состоящее из четырех элементов: ε1, ε2, ε3, ε4.

Элементы множества E должны соответствовать вероятности работы элементов оборудования в конкретных диапазонах изменения a i или должны быть оценены экспертно (например, соответствующими функциями принадлежности).

Опыт применения данной методики поиска расчетных положений показал, что существует ряд расчетных положений (сочетаний значений координат a i ), когда рассмотренные выше ограничения по устойчивости и протаскиванию машины, по настройке предохранительных клапанов гидросистемы не действуют. В этих неблагоприятных сочетаниях a i возможно значительное возрастание силы P при α → 0, . Принимать ли эти положения в качестве расчетных? При положительном ответе на вопрос придется согласиться со значительным возрастанием массы рабочего оборудования. При отрицательном ответе ряд расчетных положений игнорируется, а это означает, что степень обоснованности принятых конструктивных решений не равна единице. С учетом множества неопределенностей на этапе проектирования становится возможным принятие решений на основе детерминированных расчетных зависимостей в сочетании с вероятностными характеристиками рабочего процесса (и другой дополнительной информацией) с известной степенью обоснованности.

Детальное исследование напряженно-деформированного состояния металлоконструкции машины может быть оценено на основе метода конечных элементов. Де-факто МКЭ стал стандартом при выполнении прочностных расчетов.

Реализация МКЭ для прочностного расчета рабочего оборудования не связана с какими-либо принципиальными трудностями. Сложности начинаются при поиске расчетных положений элементов оборудования в соответствии с формулой для определения , если число таких положений превышает несколько десятков. При тактовой частоте процессора не менее 1 ГГц на анализ рукояти в одном положении машина затрачивает около получаса (это время зависит от густоты сетки, типа конечных элементов и др.).

 

а, б

 

в,г

 

д,е

Рис. 3. Виртуальная модель экскаватора четвертой размерной группы и ее использование в составе CAE-системы: а и б — 3D-модель экскаватора и рабочего оборудования в среде SolidWorks; в — схема формирования нагрузки на ковше; г и д — модель оборудования в visualNASTRAN; е — расчетное положение оборудования при оценке НДС рукояти

Поскольку для некоторых элементов рабочего оборудования необходимая мощность множества равна |G|   > 103, использование МКЭ в этих задачах исключается в связи с катастрофическим ростом затрат машинного времени. Поэтому предварительный поиск расчетных положений рекомендуется выполнять по упрощенной методике, а в ограниченной области изменения a i расчет производят с помощью МКЭ.

На рис. 3 представлены основные процедуры работы с виртуальной моделью рабочего оборудования экскаватора. Трехмерная модель экскаватора четвертой размерной группы выполнена в среде SolidWorks. Модель рабочего оборудования была импортирована в visualNASTRAN, где оценивалось напряженно-деформированное состояние элементов рабочего оборудования.

Наиболее нагруженное сечение рукояти в зоне шарнира соединения ее со стрелой соответствует расчетному положению, показанному на рис. 3е: стрела находится в нижнем положении, рукоять максимально отвернута, сила копания при упоре ковша в непреодолимое препятствие проходит в пределах опорной площади гусеничного хода. В данном положении не действуют факторы, ограничивающие силу копания на режущей кромке ковша.

Рассмотренные методические положения используются в практике проектирования рабочего оборудования экскаваторов и в учебном процессе Красноярского государственного технического университета. При этом реализован полный цикл анализа конструкций: разработка геометрии конструкции — геометрическое моделирование; задание характеристик материалов элементов конструкции; выбор типов конечных элементов и ввод их параметров; разбиение конструкции на конечные элементы; задание граничных условий; формирование системы нагрузок, задание их значений или функциональных зависимостей от параметров модели; проверка корректности модели; расчет конструкции; анализ результатов расчета, форматирование их представления; вывод результатов на принтер, запись в файл или копирование в отчетные документы.

Наиболее ответственная процедура — импорт трехмерной твердотельной модели (сборки) в расчетную среду visualNASTRAN. В среде SolidWorks задаются сопряжения между деталями. При импортировании файлов они преобразуются во взаимосвязи. Коррекция этих преобразований проверяется стандартным инструментом Constraint Navigator, при внимательном отношении к которому конфликтов не возникает.


САПР и графика 2`2007

sapr.ru

Построение моделей виртуальной реальности по цифровых моделям открытых горных работ

Построение моделей
виртуальной реальности по цифровых
моделям открытых горных работ

Шоломицкий А.А., Дзеканюк А.О.

Развитие вычислительных средств,
расширение их возможностей являются
главным фактором все более широкого
внедрения их в различные сферы научной
и практической деятельности. Очень
интенсивно развивается направление
компьютерного синтеза изображений.
Можно считать, что в настоящее время
сформировалась новая отрасль информатики
– трехмерная (или 3D) машинная графика.
Ее можно определить как науку о
математическом моделировании
геометрических форм и свойств объектов,
а также методов их визуализации и
управления ими.

Интерес к синтезу изображений объясняется
высокой информативностью последних.
Информация, содержащаяся в изображении,
представлена в наиболее концентрированной
форме, и эта информация, как правило,
более доступна для анализа, для ее
восприятия получателю достаточно иметь
относительно небольшой объем специальных
знаний. В маркшейдерии на открытых
разработках, по мере перехода на цифровое
моделирование открытых горных работ
[1,2,3,4], также увеличивается интерес к
трехмерному представлению маркшейдерской
информации, т.к. традиционные маркшейдерские
планы понятны только пользователям,
которые хорошо знакомы с условными
знаками. Для маркшейдеров пространственное
представление очень важно, поскольку
позволяет выявить ошибки цифрового
моделирования, а для технологов позволяет
улучшить обоснованность принятия
управляющих решений. Многие геоинформационные
системы и специализированные горные
пакеты [2], (http://www.gemcom.bc.ca/ и
http://www.bentley.com/) имеют возможность
пространственного представления
объектов открытых горных разработок.
Но при этом имеют два недостатка,
во-первых, очень высокую стоимость, а
во вторых, они позволяют представлять
только статичные объекты, а для поддержки
принятия управляющих решений важно
показать на модели и динамические
объекты и каким-то образом отразить их
состояние. Для автомобиля желательно
знать не только траекторию его движения,
но и его состояние – груженый или
порожний. Экскаватор, при подъезде
самосвала в зону погрузки, должен
начинать работу, кроме того, цветом
объекта может отражаться его
работоспособность. Т.е. у динамического
объекта на открытых разработках должно
появиться свойство анимации и реакция
на события.

Для представления таких моделей нами
использовалась технология создания
виртуальных миров в Internet на основе языка
моделирования виртуальной реальности
VRML (Virtual Reality Modeling Language) [5],
(http://web3d.org/technicalinfo /specifications/vrml97/index.htm-
ISO/IEC 14722). Основными компонентами
VRML-сцены являются узлы (nodes), они
используются для описания того, как
будут формироваться трехмерные объекты,
а также для указания их свойств, правил
движения и объединения с другими
объектами. Узлы могут содержать информацию
о текстуре, освещении, вращении,
масштабировании, позиционировании,
геометрических свойствах объектов, о
формировании перспективы изображения
и т.д. Для представления цифровых моделей
открытых горных работ как моделей
виртуальной реальности была разработана
технология, которая позволяет цифровые
модели открытых горных работ, созданные
с помощью Автоматизированного Рабочего
Места Маркшейдера [1,3,4], преобразовывать
в VRML-модели.

т.е. VRML-модель
– это цифровая модель открытых разработок
+ совокупность динамических объектов.
В свою очередь абстрактный характеризуется:

где
положение
объекта в данный момент времени, является
функцией от времени;

совокупность атрибутов объекта –
характеризует размеры объекта, его
свойства, направление, состояние и
т.д.-
список событий и связанных с ними
действий. От абстрактного динамического
объекта порождаются все типы объектов
на открытых разработках. Для каждого
типа объектов формируется свой список
событий и связанных с ними действий.
Действием может быть и изменение
состояния объекта, которое может
порождать другое событие. Динамические
объекты, на самом деле могут быть условно
динамическими в смысле их пространственного
перемещения. Так и самосвал, и экскаватор
являются динамическими объектами, но
положение самосвала необходимо
отслеживать с помощью GPS-приемников для
показа его на модели в реальном времени.
Положение экскаватора определяется
раз в месяц во время маркшейдерского
замера. Хотя в немецком проекте SATAMA на
экскаватор устанавливались три
GPS-приемника, для определения не только
его положения в плане и по высоте, но и
продольного и поперечного наклонов,
чтобы в реальном времени отслеживать
перемещение рабочего органа и определения
объема вынутой горной массы. В нашем
случае экскаватор является динамическим
объектом потому, что он совершает
движения рабочим органом, имитируя
погрузку горной массы в самосвалы.

По такой
технологии было созданы VRML-модели
открытых горных работ для Рыбальского
карьера (рис.1) и Бандуровского угольного
разреза. Поверхности создавались по
цифровым моделям, созданным в АРМ
Маркшейдера, а все динамические объекты:
экскаваторы, самосвалы, буровые станки
и т.д. и их анимация создавались с помощью
программного обеспечения фирмы
ParallelGraphics (http://www.parallelgraphics.com), любезно
предоставленного нам фирмой на время
исследований. Окончательная сборка
модели, т.е. размещение динамических
объектов на поверхности модели
осуществлялась в “Internet Scene Assembler” (рис.
2):

Рис. 1 VRML-модель
карьера Рыбальский

Рис.2 Динамические
объекты на модели карьера

Результаты
исследований по созданию VRML-моделей
открытых разработок показывают, что
язык VRML является очень мощным средством
пространственного представления
модельных данных, как применительно к
открытым горным разработкам, так и для
визуализации любых данных научных
экспериментов, которые требуют
пространственного представления и
анимации. В этой области исследования
только начинаются.

Создание
сложных анимированных динамических
объектов целесообразно выполнять с
помощью специализированного программного
обеспечения фирмы ParallelGraphics, используя
возможности визуального конструирования
и анимирования объектов.

На наш взгляд
создание VRML-моделей будет чрезвычайно
эффективно в обучении. На таких моделях
можно показать не только схемы вскрытия
и разработки месторождений полезных
ископаемых, но и технологические схемы
добычи, транспортировки, складирования
и т.д. Анимационные модели, которые можно
рассмотреть с любой точки, в любом
масштабе дают для понимания студента
больше информации, к тому же в естественном
визуальном представлении. Немаловажным
фактором является и то, что просмотр
моделей осуществляется с помощью
бесплатных VRML-клиентов, которые можно
найти в Internet (http://www.parallelgraphics.com).

Язык VRML
развивается, хочется надеяться, что
следующие версии языка будут обладать
более развитыми средствами управления
объектами и появится стереоскопический
VRML-клиент, который сделает виртуальные
миры по настоящему объемными. Уже сейчас
есть примеры построения стереоскопического
изображения высокого качества по паре
снимков (http://www.vinnitsa.com/geo), технически
персональные компьютеры это уже
позволяют, осталось реализовать эти
возможности для просмотра VRML-миров.

Список литературы

Шоломицкий А.А. Автоматизированное
рабочее место маркшейдера на открытых
разработках./ Современные пути развития
маркшейдерско-геодезических работ на
базе передового отечественного и
зарубежного опыта. Сб.трудов

Всеукраинская научно-техническая
конференция 13-15 мая 1998г., г Днепропетровск,
стр.176-178 2. Крыловский И.Л., Душеин Г.В.,
Каймин М.Ю. Опыт внедрения зарубежного
и создания отечественного программного
обеспечения для горной промышленности.
// Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации,
№4(11) 1997г,стр. 32-33

Шоломицкий А.А. Принципы цифрового
моделирования открытых горных работ.//
Труды ДонГТУ, Выпуск 11, -Донецк, 2000,
стр.77-85

Шоломицкий А.А. Моделирование
пространственных объектов на открытых
горных работах.//Известия Донецкого
горного института,-Донецк: ДонГТУ,
2000г., №1, стр. 44-49

Эд Тител, Клэр Сандерс и др. Создание
VRML-миров./ -К.: BHV, 1997 –320c.

Для подготовки данной работы были
использованы материалы с сайта
http://masters.donntu.edu.ua

topref.ru

Создание 3d модели Мини-экскаватора Hyundai R16-9

Прежде, чем перейти к запеканию карт, в особенности normal map, я хотел бы немного рассказать о подготовке сцены и объектов.

1)Сохранить сцену в новую папку с новым именем, с новым номером _001. Это уже новый этап.

2) Почистить сцену, оставив только лоу-поли и хайполи модели. Закинуть их на разные слои. Я сделал один слой для всех хай-поли частей, один для лоу-поли модели и один для сварных швов.

3)Назначить на лоу-поли группы сглаживания. Нормал мап не любит углы 90 и более градусов (более 90 градусов вообще лучше не делать). Если у вас с такими углами на модель будет назначена одна группа сглаживания, то на нормал мап возникнут ненужные градиенты и, естественно, она работать правильно не будет. Поэтому в подобных местах разделяем группы сглаживания. Здесь важно отметить, что везде, где проходит граница групп сглаживания, должен быть шов на текстурной развертке. Поэтому можно назначать группы сглаживания до создания развертки, если кому-то так удобнее. На хай-поли будет одна группа сглаживания.

4)Исключить пересечение cage модификатора projection для различных элементов. Есть несколько методов. Один из них explode:
http://cgi.tutsplus.com/tutorials/how-to-bake-a-flawless-normal-map-in-3ds-max—cg-925

Я пользуюсь другим способом, когда на те элементы, которые не должны пересекаться, назначаются разные ID. Для удобства на объект назначается subObject mat с разноцетными материалами. Естественно надо назначать те же ID на хай-поли элементы, что и на лоу-поли элементы, на которые будет передаваться детализация. Обе модели накладываются друг на друга. Вообще, чем больше лоу-поли соответствует хай-поли, тем лучше будет результат запекания. Но учитываем поликаунт 😁 Я вот решил, что особо коварные места лучше сперва запеть, а потом уже оптимизировать.

5)Выбрать лоу-поли, включить Default Scanline Renderer, отключить Gamma/LUT Correction, открыть render to texture (0) через вкладку rendering.

Настройки:

-padding я поставил 4. Зависит от требований проекта. Если требований нет, то можно ставить больше, 8-16.

-projection mapping — pick — выбрать все запекаемые хай-поли.

-options:

Здесь надо включить Hit only matching material ID, если используются ID.

Ray miss check отобразит красным в рендер-окне те места на текстуре, где информация не запеклась.

Три основные причины:

1) cage не перекрывает хай-поли полностью

2) в хай-поли есть отверстие, которого нет на лоу-поли

3) вообще нет хай-поли элемента, который соответствовал бы лоу-поли элементу, например, при неправильном назначении ID

Normal map space. Green переключить на Up, если модель с нормалом пойдет в игровой движок, как у меня. Вообще, насколько я знаю, это зависит от рендер движка (?), DirectX или OpenGl (хз, особо не углублялся, буду рад, если кто-нибудь растолкует или даст хорошую ссылку почитать). По итогу в одном софте зеленый канал должен быть Up, в другом Down. В Максе по умолчанию идет Down, поэтому моя карта для отображения во вьюпорте будет инвертироваться по зеленому каналу.

Global Supersampler. Если честно, можно запекать и без этого, но для более хороших результатов многие включают Global Supersampler Hammerslay 1.0. Это заметно увеличивает время рендера, поэтому включать стоит только на финальный рендеринг.

6) В output нажать add и выбрать NormalsMap. Ниже ввести название, выбрать папку для сохранения и разрешение текстур.

7) Выйти из настроек, на лоу-поли уже будет модификатор projection. В нем включить Shade для лучшей видимости cage, сбросить кривую клетку кнопкой reset.

8)Теперь нужно получить максимальное соответствие клетки моделям. Суть такая, что клетка должна полностью покрывать обе модели, но максимально плотно их облегать. Значит тупо увеличить значение не получится 🙄

Я делаю так:

-сбрасываю клетку

-делаю небольшой push/amount. Это равномерно увеличивает клетку в объеме.

-выбираю элемент, переключию выделение на вершины (это обязательно), делаю push/amount больше, если необходимо

-прохожу так все элементы.

9) Опять открыть render to texture, нажать кнопку render.

В окне запекаемые карты не отображаются. Здесь мы видим обычный рендер, только по двухмерной развертке. При включеном чекере, можно это изображение сохранить, накинуть на лоуполи как текстуру и увидеть на модели, где именно потеряна информация, то есть, где именно красные участки.


На сегодня все 🙂

Думаю, завтра запеку кабину, тогда еще можно будет разобрать основные артефакты и их устранение.

ru.renderstuff.com

Обучение управлению одноковшовыми экскаваторами с рабочим оборудованием гидромолота. Практическая работа

Модуль предназначен для закрепления знаний по теме: «Эксплуатация одноковшовых экскаваторов и производство работ», содержит текстовый материал, иллюстрации, звуковые файлы и включает в себя интерактивную виртуальную модель одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием гидромолота и колёсным ходовым устройством, а также инструкцию по работе с виртуальной моделью.

Категория пользователей
Обучаемый, Преподаватель

Контактное время
30 минут

Интерактивность
Высокая

Дисциплины
Специальный блок
/ Машинист экскаватора одноковшового
/ Эксплуатация одноковшового экскаватора и производство работ
/ Производство работ
/ Обучение управлению одноковшовыми экскаваторами

Уровень образования
Профессионально-техническая подготовка, повышение квалификации

Статус
Завершенный вариант (готовый, окончательный)

Тип ИР сферы образования
информационный модуль

Ключевые слова
интерактивная виртуальная модель

Автор

Беляев Михаил Борисович

Издатель

ИНФОСТУДИЯ ЭКОН ЗАО

Закрытое акционерное общество «ИНФОСТУДИЯ ЭКОН»

Россия, 109028, Москва, 3/12, Б. Трехсвятительский пер.,

Тел. — +7-495-916-8930, +7-495-917-3755
Сайт —
http://www.infostudio.ru

Эл. почта —
eсon@infostudio.ru

Правообладатель

Федеральное агентство по образованию России Федеральный орган исполнительной власти

Федеральное агентство по образованию России

Россия, 115998, Москва, Люсиновская ул., 51

Тел. — +7-495-237-9763, +7-495-236-0171
Сайт —
http://www.ed.gov.ru

Эл. почта —
bicab@ed.gov.ru

Внимание! Для воспроизведения модуля необходимо установить на компьютере проигрыватель ресурсов.

Характеристики информационного ресурса

Тип используемых данных:
application/xml, text/javascript, text/xml, text/html, image/jpeg, image/png, audio/mpeg, application/x-shockwave-flash

Объем цифрового ИР
5 900 619 байт

Проигрыватель
OMS-player версии от 2.0

Категория модифицируемости компьютерного ИР
частично открытый

Признак платности
бесплатный

Наличие ограничений по использованию
есть ограничения

Рубрикация

Ступени образования
Начальное профессиональное образование

Целевое назначение
Учебное

Тип ресурса
Открытая образовательная модульная мультимедийная система (ОМС)

Классы общеобразовательной школы

Уровень образовательного стандарта
Федеральный

Характер обучения
Базовое

fcior.edu.ru

Построение моделей виртуальной реальности по цифровых моделям открытых горных работ

Шоломицкий А.А., Дзеканюк А.О.

Развитие вычислительных средств, расширение их возможностей являются главным фактором все более широкого внедрения их в различные сферы научной и практической деятельности. Очень интенсивно развивается направление компьютерного синтеза изображений. Можно считать, что в настоящее время сформировалась новая отрасль информатики – трехмерная (или 3D) машинная графика. Ее можно определить как науку о математическом моделировании геометрических форм и свойств объектов, а также методов их визуализации и управления ими.

Интерес к синтезу изображений объясняется высокой информативностью последних. Информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и эта информация, как правило, более доступна для анализа, для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний. В маркшейдерии на открытых разработках, по мере перехода на цифровое моделирование открытых горных работ [1,2,3,4], также увеличивается интерес к трехмерному представлению маркшейдерской информации, т.к. традиционные маркшейдерские планы понятны только пользователям, которые хорошо знакомы с условными знаками. Для маркшейдеров пространственное представление очень важно, поскольку позволяет выявить ошибки цифрового моделирования, а для технологов позволяет улучшить обоснованность принятия управляющих решений. Многие геоинформационные системы и специализированные горные пакеты [2], (http://www.gemcom.bc.ca/ и http://www.bentley.com/) имеют возможность пространственного представления объектов открытых горных разработок. Но при этом имеют два недостатка, во-первых, очень высокую стоимость, а во вторых, они позволяют представлять только статичные объекты, а для поддержки принятия управляющих решений важно показать на модели и динамические объекты и каким-то образом отразить их состояние. Для автомобиля желательно знать не только траекторию его движения, но и его состояние – груженый или порожний. Экскаватор, при подъезде самосвала в зону погрузки, должен начинать работу, кроме того, цветом объекта может отражаться его работоспособность. Т.е. у динамического объекта на открытых разработках должно появиться свойство анимации и реакция на события.

Для представления таких моделей нами использовалась технология создания виртуальных миров в Internet на основе языка моделирования виртуальной реальности VRML (Virtual Reality Modeling Language) [5], (http://web3d.org/technicalinfo /specifications/vrml97/index.htm- ISO/IEC 14722). Основными компонентами VRML-сцены являются узлы (nodes), они используются для описания того, как будут формироваться трехмерные объекты, а также для указания их свойств, правил движения и объединения с другими объектами. Узлы могут содержать информацию о текстуре, освещении, вращении, масштабировании, позиционировании, геометрических свойствах объектов, о формировании перспективы изображения и т.д. Для представления цифровых моделей открытых горных работ как моделей виртуальной реальности была разработана технология, которая позволяет цифровые модели открытых горных работ, созданные с помощью Автоматизированного Рабочего Места Маркшейдера [1,3,4], преобразовывать в VRML-модели.

т.е. VRML-модель – это цифровая модель открытых разработок + совокупность динамических объектов. В свою очередь абстрактный характеризуется:

где

положение объекта в данный момент времени, является функцией от времени; — совокупность атрибутов объекта – характеризует размеры объекта, его свойства, направление, состояние и т.д.- список событий и связанных с ними действий. От абстрактного динамического объекта порождаются все типы объектов на открытых разработках. Для каждого типа объектов формируется свой список событий и связанных с ними действий. Действием может быть и изменение состояния объекта, которое может порождать другое событие. Динамические объекты, на самом деле могут быть условно динамическими в смысле их пространственного перемещения. Так и самосвал, и экскаватор являются динамическими объектами, но положение самосвала необходимо отслеживать с помощью GPS-приемников для показа его на модели в реальном времени. Положение экскаватора определяется раз в месяц во время маркшейдерского замера. Хотя в немецком проекте SATAMA на экскаватор устанавливались три GPS-приемника, для определения не только его положения в плане и по высоте, но и продольного и поперечного наклонов, чтобы в реальном времени отслеживать перемещение рабочего органа и определения объема вынутой горной массы. В нашем случае экскаватор является динамическим объектом потому, что он совершает движения рабочим органом, имитируя погрузку горной массы в самосвалы.

По такой технологии было созданы VRML-модели открытых горных работ для Рыбальского карьера (рис.1) и Бандуровского угольного разреза. Поверхности создавались по цифровым моделям, созданным в АРМ Маркшейдера, а все динамические объекты: экскаваторы, самосвалы, буровые станки и т.д. и их анимация создавались с помощью программного обеспечения фирмы ParallelGraphics (http://www.parallelgraphics.com), любезно предоставленного нам фирмой на время исследований. Окончательная сборка модели, т.е. размещение динамических объектов на поверхности модели осуществлялась в “Internet Scene Assembler” (рис. 2):

Рис. 1 VRML-модель карьера Рыбальский

Рис.2 Динамические объекты на модели карьера

Результаты исследований по созданию VRML-моделей открытых разработок показывают, что язык VRML является очень мощным средством пространственного представления модельных данных, как применительно к открытым горным разработкам, так и для визуализации любых данных научных экспериментов, которые требуют пространственного представления и анимации. В этой области исследования только начинаются.

Создание сложных анимированных динамических объектов целесообразно выполнять с помощью специализированного программного обеспечения фирмы ParallelGraphics, используя возможности визуального конструирования и анимирования объектов.

На наш взгляд создание VRML-моделей будет чрезвычайно эффективно в обучении. На таких моделях можно показать не только схемы вскрытия и разработки месторождений полезных ископаемых, но и технологические схемы добычи, транспортировки, складирования и т.д. Анимационные модели, которые можно рассмотреть с любой точки, в любом масштабе дают для понимания студента больше информации, к тому же в естественном визуальном представлении. Немаловажным фактором является и то, что просмотр моделей осуществляется с помощью бесплатных VRML-клиентов, которые можно найти в Internet (http://www.parallelgraphics.com).

Язык VRML развивается, хочется надеяться, что следующие версии языка будут обладать более развитыми средствами управления объектами и появится стереоскопический VRML-клиент, который сделает виртуальные миры по настоящему объемными. Уже сейчас есть примеры построения стереоскопического изображения высокого качества по паре снимков (http://www.vinnitsa.com/geo), технически персональные компьютеры это уже позволяют, осталось реализовать эти возможности для просмотра VRML-миров.

Список литературы

Шоломицкий А.А. Автоматизированное рабочее место маркшейдера на открытых разработках./ Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта. Сб.трудов

Всеукраинская научно-техническая конференция 13-15 мая 1998г., г Днепропетровск, стр.176-178 2. Крыловский И.Л., Душеин Г.В., Каймин М.Ю. Опыт внедрения зарубежного и создания отечественного программного обеспечения для горной промышленности. // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №4(11) 1997г,стр. 32-33

Шоломицкий А.А. Принципы цифрового моделирования открытых горных работ.// Труды ДонГТУ, Выпуск 11, -Донецк, 2000, стр.77-85

Шоломицкий А.А. Моделирование пространственных объектов на открытых горных работах.//Известия Донецкого горного института,-Донецк: ДонГТУ, 2000г., №1, стр. 44-49

Эд Тител, Клэр Сандерс и др. Создание VRML-миров./ -К.: BHV, 1997 –320c.

mirznanii.com