Исследование возможностей virtual reality toolbox для визуализации результатов моделирования в среде matlab-simulink

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Все доступные VRML узлы будут представлены в виде иерархического дерева. Также можно указать степень свободы для управления из SIMULINK. После закрытия диалогового окна Block Parameters SIMULINK изменит параметры блока вместе с входами и выходами в соответствии с выделенными узлами виртуального мира. После того как такие входы преобразуются в соответствующие SIMULINK сигналы можно будет наблюдать… Читать ещё >

Исследование возможностей virtual reality toolbox для визуализации результатов моделирования в среде matlab-simulink (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Особенности сопряжения имитационной модели Matlab-Simulink и программное обеспечение визуализации

Обзор Virtual Reality Toolbox.

VR Toolbox это пакет, решающий задачи взаимодействия и управления виртуальными моделями динамических систем во времени. Он является расширением возможностей MATLAB и SIMULINK в мир графики виртуальной реальности.

Рассмотрим основные понятия, связанные с рассматриваемой технологией:

Виртуальный мир (Virtual World) — трехмерная сцена, созданная с помощью VRML (Virtual Reality Modeling Language) технологии.

Динамическая система (Dynamic sistem) — система, созданная с помощью MATLAB или SIMULINK, описывающая систему объектов созданных с помощью VRML.

Анимация (Animation) — изменяющаяся под воздействием сигналов из SIMULINK трехмерная сцена.

Манипуляция (Manipulation) — изменение позиций или свойств объектов виртуального мира в процессе моделирования Вместе с пакетом MATLAB поставляется удобный в использовании редактор V-Realm Builder, но создавать виртуальные миры можно даже в обычный текстовом редакторе.

Для просмотра виртуальных сцен используется VRML браузер (viewer) или Web-браузер при установке дополнительного программного модуля (plug-in).

Virtual Reality Toolbox предоставляет много возможностей для создания и просмотра моделей динамических систем в виртуальной реальности, а также возможность взаимодействия с этими моделями в реальном времени:

поддержка VRML;

поддержка интерфейса MATLAB;

поддержка интерфейса SIMULINK;

VRML-браузеры;

VRML-редакторы;

поддержка SimMechanics;

поддержка клиент-серверной архитектуры.

Построив модель динамической системы в SIMULINK с помощью VR Toolbox, можно наблюдать имитацию ее поведения в реальном времени в 3D реальности.

VR Toolbox содержит блоки, которые позволяют непосредственно соединить и передавать сигналы от SIMULINK к построенному виртуальному миру. Такой подход позволяет воспроизвести динамическую модель как трехмерную анимацию.

С помощью блоков SIMULINK можно использовать многие возможности предоставляемые VR Toolbox. Достаточно поместить блок на SIMULINK диаграмму и выбрать виртуальный мир, которому будут посылаться сигналы. VR Toolbox автоматически проверяет виртуальный мир на доступные VRML узлы, которые SIMULINK сможет использовать.

Рассмотрим поддержку VRML в VR Toolbox.

VRML — это открытый стандарт, разработанный ISO (International Organization for Standartization). Язык VRML является обычным текстом, использующим WWW-ориентированный формат. Создаваемый с помощью VRML виртуальный мир можно просмотреть с помощью VRML-браузера и затем связать VRML-модель с моделью SIMULINK.

Последней на текущий момент спецификацией VRML является VRML97, стандарт ISO/IEC 14 772−1:1997. Спецификация содержит описание создания 3D-сцен, звуков, локальной и удаленной работы с VRML.

VR Toolbox анализирует структуру виртуального мира, определяет какие для него доступны типы сигналов и делает возможным посылку этих сигналов из MATLAB и SIMULINK. Встроенный в VR Toolbox VRML-браузер поддерживает большинство узлов описанных в стандарте VRML97, позволяя осуществлять полный контроль созданным виртуальным миром. В любом случае существует множество plug-in'ов к Webбраузерам, которые поддерживают все возможные узлы.

Благодаря VR Toolbox все изменения, сделанные в виртуальном мире, отражаются и в MATLAB или SIMULINK. Например, если изменить расположение камеры в виртуальном мире, то и изменится соответствующее свойство объекта vr-world в MATLAB или SIMULINK. Также VR Toolbox содержит функции позволяющие читать и изменять свойства объектов виртуального мира.

Рассмотрим поддержку интерфейса MATLAB в VR Toolbox.

VR Toolbox поддерживает гибкий MATLAB интерфейс для работы с виртуальным миром. После создания объектов в MATLAB и ассоциирования их с виртуальным миром, можно осуществлять управление этим виртуальным миром посредством предоставленных для этого функций и методов. Из MATLAB можно изменять позиции и свойства VRML объектов, связать те или иные действия с графическим интерфейсом пользователя (GUIs) посредством так называемых callback функций. Можно также просматривать мир посредством VRML-браузера и устанавливать значения для всех доступных узлов и их полей.

VR Toolbox также предоставляет функции для чтения и изменения свойств виртуального мира и сохранения VRML файлов с текущей конфигурацией виртуального мира.

Рассмотрим поддержку интерфейса SIMULINK в VR Toolbox.

Построив модель динамической системы в SIMULINK с помощью VR Toolbox можно наблюдать имитацию ее поведения в реальном времени в 3D реальности.

Все доступные VRML узлы будут представлены в виде иерархического дерева. Также можно указать степень свободы для управления из SIMULINK. После закрытия диалогового окна Block Parameters SIMULINK изменит параметры блока вместе с входами и выходами в соответствии с выделенными узлами виртуального мира. После того как такие входы преобразуются в соответствующие SIMULINK сигналы, можно будет наблюдать полученную сцену в VRML-браузере.

Т.е. SIMULINK дает средства для управления и манипуляции объектами виртуальной реальности с использованием блоков предоставляемых VR Toolbox.

Рассмотрим поддержку VRML-браузеров в VR Toolbox.

VR Toolbox содержит встроенный браузер (браузер по умолчанию) для просмотра виртуальных миров. Этот браузер поддерживается на компьютерах с операционной системой UNIX, MAC OS X и Linux платформах. Если вы установили VRML plug-in, то для отображения процесса моделирования VR Toolbox устанавливает связь MATLAB и SIMULINK с активным VRML-браузером, используя протокол TCP/IP. Такой подход позволяет просматривать процесс моделирования не только с локального узла, где были запущены MATLAB и SIMLINK, но и с любого удаленного узла через интернет-соединение.

В VR Toolbox применяются VRML-редакторы — это редакторы, использующиеся для создания 3D сцен с помощью языка VRML.

Рассмотрим поддержку SimMechanics в VR Toolbox.

VR Toolbox также можно использовать для исследования поведения модели, созданной с помощью SimMechanics. Сначала проектируется модель механизма в Simulink при помощи блоков SimMechanics. Затем создается ее детальная картина в виртуальном мире. После чего созданный мир подключается к выходному элементу SimMechanics и поведение модели или ее части можно просматривать в VRML-браузере.

Рассмотрим поддержку клиент-серверной архитектуры в VR Toolbox.

Как уже было сказано VR Toolbox подключает MATLAB и SIMULINK к активному VRML-браузеру используя протокол TCP/IP. Сам Toolbox может быть использован в 2-х конфигурациях:

? одного компьютера. Simulink, MATLAB и изображение сцены в виртуальном мире запущены на одном компьютере.
? сетевой компьютер. Анимационная картинка с виртуальным миром просматривается, будучи запущенной на удаленном от компьютера на котором запущен VR Toolbox сервер узле. К этому одному серверу могут подключаться много клиентов. Изменять необходимые параметры можно в том числе.

Взаимодействие имитационной модели и ПО визуализации при передаче модельных данных.

Графическая модель в Matlab Simulink содержит ряд блоков. Каждый блок имеет наглядное общепринятое обозначение в виде прямоугольника, треугольника и т. д. Блоки имеют входы и выходы и описываются различными математическими зависимостями. Блоки соединяются друг с другом линиями со стрелками, причем стрелка указывает направление от выходов одних их блоков к входам других. Имеются также текстовые комментарии и средства для вывода подсказок и открытия окон справочной системы.

Взаимодействие имитационной модели и ПО визуализации при передаче модельных данных осуществляется в Matlab-Simulink с помощью специальных блоков, в которых имитационная модель передает различные данные в ПО визуализации, на основании которых ПО визуализации будет визуализировать результаты моделирования.

Преобразование системы координат при передаче навигационного сигнала в визуализатор.

В визуализаторе используется правосторонняя Декартова система координат.

Система координат визуализатора отличается от той, которая в MATLAB. Различать системы координат необходимо в ситуациях, когда приходится делать преобразования из одной из этих систем в другую. SimMechanics, например, использует координатную систему, принятую в VRML.

Поворот в VRML происходит по правилу «правого винта» .

Дочерние объекты — объекты в визуализаторе имеют иерархическую структуру. Позиция и ориентация дочернего объекта определяется в локальной системе координат, связанной с родителем, т. е. определяемой позицией и ориентацией родителя. Движение родителя вызывает вместе с тем и движение дочернего объекта. В визуализаторе все длины и дистанции измеряются в метрах, а все углы в радианах.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой