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原文传递桥梁风洞试验的虚拟现实

论文题名：	桥梁风洞试验的虚拟现实
关键词：	桥梁荷载;桥梁试验;虚拟建模;计算机仿真
摘要：	本研究开拓了虚拟现实技术在桥梁风工程研究上的应用，主要是基于虚拟仿真软件AVS/Express（MPE），开发出了再现桥梁节段模型和全桥气弹模型风洞试验的可视化程序，并摸索出了风洞试验再现程序的通用的开发思路。主要研究内容如下： ⑴在AVS/Express的数据接口设计方面做了大量的探索性工作，并摸索出形体数据和文本数据的接口设计方案：对于形体数据，可先用建模软件来完成形体的建模并将其存储为STL文件，而后在AVS/Express中使用国际AVS中心开发的第三方模块ReadSLPSTL读入形体数据，也可直接使用AVS/Express中的tri_mesh、quad_mesh等Mesh结构来存储形体数据；对于文本数据，则是新建相应的数据读取模块，并将其用于读取试验数据或程序的计算结果。 ⑵在深入理解形体在计算机内表示方法的基础上，结合课题实践和图形学理论确定了几何形体的总体建模思路：使用建模软件（用户交互层的表示方法）SolidWorks完成静态形体对象的建模；采用多边形面片网格（机器层的表示方法）创建全桥主梁的动态模型；使用线框网格表示法完成弹簧（节段模型风洞试验）和拉索（全桥模型风洞试验）的建模等。 ⑶正确理解和运用几何图形变换理论，成功解决AVS/Express中图形变换的实现问题：对于桥梁节段模型风洞试验，文中用AVS/Express的内部接口实现其虚拟环境的动态建模；对于全桥气弹模型风洞试验，文中基于网格划分技术，编写Matlab程序以同时实现全桥主梁和拉索的形体建模和动态建模。 ⑷在真实感图形绘制方面，重点探索了颜色模型及颜色设置技巧，并参照OpenGL的真实感图形绘制理论，在AVS/Express中成功开发出其它平面方向的纹理映射实现模块，扩展了AVS/Express中纹理映射技术的应用范围；使用纹理映射技术（文中用于节段模型的主梁）及颜色设置，实现了AVS/Express的对象真实感建模，获得了非常逼真的绘制效果。 ⑸基于网格生成的扫描算法思想来划分全桥主梁的表面的四边形网格，在此基础上生成其四边形面片网格模型，并结合AVS/Express的数据结构，编写出相应的Matlab程序一举实现全桥主梁的形体建模和动态建模，使其运动看上去非常平滑，避免了使用刚体节段组合法处理会出现的运动衔接问题。 ⑹在熟悉AVS/Express开发环境和开发方法、突破其数据接口的设计问题、解决AVS/Express中图形变换的实现等诸多问题后，文中按形体建模（静态）→动态建模→真实感建模这样的次序来实现风洞试验虚拟环境的建模：以TJ—1中完成的象山港桥节段模型测振试验为例，完成了节段模型风洞试验再现程序的开发；以TJ—3中完成的东海大桥主航道桥全桥气弹模型风洞试验为例，完成了全桥模型风洞试验的再现程序开发，为以后的研究打下了一定的基础。
作者：	谢居才
专业：	风工程
导师：	陈伟;曹丰产
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2009
正文语种：	中文