CN111291449A - 一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统 - Google Patents

一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统，方法包括：S1：在三维模型中构建轨道线和位置条码线；S2：构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则，车体简化模型的组成部分包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器，运动规则包括：车体前、后导向机构始终位于轨道线上，车体行走轮机构左、右轮的连线与车体前、后导向机构的连线垂直，车体位置条码阅读器位于位置条码线上且跟随车体后导向机构移动；S3：计算车体简化模型的各个组成部分的位置。本发明可通过运动模拟计算有轨差速游览车的车体简化模型的各个组成部分的位置，能够生成可用于驱动实际车体进行行走动作的数据。

Description

一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统
技术领域
本发明涉及运动模拟计算技术领域，具体涉及一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统。
背景技术
在主题公园室内有轨游览车项目上，有轨游览车的车体需要配合特技机构、道具及策划的情景内容、电影特效等做出不同速度的行驶动作，对于结构为差速驱动机构的车体，在项目的前、中、后阶段，都需要有便捷、灵活的方式来设计车体行走动作，需要有直观的方式观察车体与其他场景元素相互配合情况，同时期望设计的行走动作数据能够直接用于物理执行机构。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统。
本发明第一方面，提供一种有轨差速游览车运动模拟方法，包括：
S1：在三维模型中构建轨道线和位置条码线，其中，位置条码线由轨道线偏移一定距离形成；
S2：构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则，所述车体简化模型的组成部分包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器，所述运动规则包括：车体前、后导向机构始终位于轨道线上，车体行走轮机构左、右轮的连线与车体前、后导向机构的连线垂直，车体位置条码阅读器位于位置条码线上且跟随车体后导向机构移动；
S3：计算所述车体简化模型的各个组成部分的位置。
进一步的，所述轨道线由线段和圆弧两种形式的线型连接构成，直线和圆弧首尾相接且相切；所述车体位置条码阅读器由一条线段表示，该线段与所述位置条码线相交，交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值。
进一步的，车体前导向机构在轨道线上的位置由行走动画控制参数关键帧曲线决定，车体前、后导向机构的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮和车体前、后导向机构的相对位置固定。
进一步的，步骤S3可包括：
S31.读取行走动画控制参数关键帧曲线；
S32.根据行走动画控制参数关键帧曲线，计算车体前导向机构在轨道线的位置坐标和方向；
S33.根据车体前导向机构在轨道线的位置坐标和方向，计算车体后导向机构在轨道线的位置坐标和方向；
S34.根据车体前、后导向机构在轨道线的位置坐标，计算车体行走轮机构左、右轮的位置坐标；
S35.根据车体后导向机构在轨道线的位置坐标和方向，计算车体位置条码阅读器的位置坐标；
S36.计算车体位置条码阅读器对应的读值。
本发明第二方面，提供一种有轨差速游览车运动模拟系统，包括：
第一构建模块，用于在三维模型中构建轨道线和位置条码线，其中，位置条码线由轨道线偏移一定距离形成；
第二构建模块，用于构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则，所述车体简化模型的组成部分包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器，所述运动规则包括：车体前、后导向机构始终位于轨道线上，车体行走轮机构左、右轮的连线与车体前、后导向机构的连线垂直，车体位置条码阅读器位于位置条码线上且跟随车体后导向机构移动；
模型数据显示模块，用于显示三维模型；
车体行走参数输入模块，用于调整车体前导向机构在轨道线的位置；
车体位置计算模块，用于计算车体后导向机构和车体行走轮机构左、右轮的位置以及车体位置条码阅读器的读值。
进一步的，系统还包括：
运动学参数校验模块，用于计算检验车体简化模型的车体行走轮机构左、右轮的运动学参数；
数据输出模块，用于计算并输出差速游览车的左右轮行走数据。
进一步的，所述轨道线由线段和圆弧两种形式的线型连接构成，直线和圆弧首尾相接且相切；所述车体位置条码阅读器由一条线段表示，该线段与所述位置条码线相交，交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值。
进一步的，车体前导向机构在轨道线上的位置由行走动画控制参数关键帧曲线决定，车体前、后导向机构的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮和车体前、后导向机构的相对位置固定。
本发明第三方面，提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序，所述程序包括计算机可执行指令，所述计算机设备运行时，所述处理器通过执行所述存储器中存储的程序，使得所述计算机设备执行如本发明第一方面所述的有轨差速游览车运动模拟方法。
本发明第四方面，提供一种存储有程序的存储设备，所述程序包括计算机可执行指令，当所述程序被包括处理器的计算机设备执行时，使得所述计算机设备执行如本发明第一方面所述的有轨差速游览车运动模拟方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明的有轨差速游览车运动模拟方法，可通过运动模拟计算有轨差速游览车的车体简化模型的各个组成部分的位置，从而可以在计算机模型中观察建筑、特技机构、道具及车体之间的空间相对位置，可灵活调整车体运动速度，且虚拟车体运动形式能有效表达物理实际车体的运动，并能够生成可用于驱动实际车体进行行走动作的数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例提供的一种有轨差速游览车运动模拟方法的流程图；
图2是本发明一个实施例中构建的轨道线、位置条码线和车体简化模型的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种有轨差速游览车运动模拟系统的结构图；
图4是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面通过具体实施例，进行详细的说明。
请参考图1，本发明的一个实施例，提供一种有轨差速游览车运动模拟方法，该方法可包括：
S1：构建轨道线和位置条码线；
S2：构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则；
S3：计算车体简化模型的各个组成部分的位置。
下面对本发明实施例方法的各个步骤具体作进一步地详细描述。
【步骤S1】
如图2所示，首先，可以在Maya软件三维模型中构建用于有轨差速游览车的车体行驶的轨道线7和用于条码阅读器识别的位置条码线6。可选的，轨道线7由线段和圆弧两种形式的线型连接组成。特别的，直线和圆弧首尾相接且相切。特别的，圆弧部分可以根据圆弧对应的圆心角大小进行控制点细分，优选的加分细分度，例如，一些实施例中，每一度的圆心角可以对应一个控制点。通过将轨道线的各段线段、弧线分别进行连接，形成完整一条曲线。可选的，位置条码线6可以通过由轨道线7偏移一定距离形成，轨道线和位置条码线起点一致。
【步骤S2】
本步骤抽象构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则。车体简化模型的组成部分可包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器。如图2所述，可以将差速游览车的车体简化为表示车体前导向机构的C点，表示车体后导向机构的D点，表示车体行走轮机构左轮的L点，表示车体行走轮机构右轮的R点，表示车体位置条码阅读器的一小段长度的线段Curvet，线段Curvet的中点表示车体位置条码阅读器的平面位置，线段Curvet的形状方向表示车体位置条码阅读器的激光扫描方向。
车体简化模型的运动规则可包括：车体前导向机构C点和车体后导向机构D点在轨道线7上移动，车体行走轮机构左、右轮的连线LR与车体前、后导向机构的连线CD垂直，CD距离固定，LR距离固定；线段Curvet随车体后导向机构D点同步移动和旋转，且线段Curvet和位置条码线6有交点F，此交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值(理论值)。
【步骤S3】
本步骤计算车体简化模型的各个组成部分的位置。可选的，车体前导向机构C点在轨道线的位置由行走动画控制参数关键帧曲线决定，可以根据行走动画控制参数关键帧曲线得出C点在轨道线的位置；由于车体前、后导向机构的间距为固定值，沿着车体前进方向反方向查找距离C点为固定距离的点，即为车体后导向机构D点的位置；进而计算得到车体行走轮机构左、右轮的位置；表示位置条码阅读器的线段Curvet跟随车体后导向机构D点同步移动和旋转，每到达新位置，直线Curvet都会和位置条码线有一个交点F，此交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值。
一些实施例中，行走动画控制参数关键帧曲线由时间tk,k＝1,L,n及其对应的帧值xk,k＝1,L,n来确定，其中，x为行走动画控制参数，其取值范围[0,1]。CD距离表示为Dcd，LR距离表示为Dlr。
进一步地，读取当前时间对应的行走动画控制参数关键帧曲线帧值x，可获取轨道线长度Lg，则可以计算C点所在位置对应的轨道线长度Lc＝Lg*x；根据C点所在位置轨道线长度，可得出C点平面坐标(xc，yc)和方向即其在世界方向上的旋转角度βx。
进一步地，可采用二分查找方法计算D点在轨道线上的位置。
假设用Dtemp表示查找过程中的临时D点，在C点所在轨道线长度Lc位置，首先沿轨道线长度减小方向查找，Dtemp长度位置取为LdTemp＝Lc-0.99*Dcd，得出Dtemp平面坐标位置(xdTemp,ydTemp)，如果点(xdTemp,ydTemp)与点(xc，yc)间的距离等于或足够接近Dcd，即
Figure BDA0002366507980000051
则Dtemp为最终查找到的D点，即(xd,yd)＝(xdTemp,ydTemp)；如果点(xdTemp,ydTemp)与点(xc，yc)间的距离不接近Dcd，当
Figure BDA0002366507980000052
下一次查找位置为
Figure BDA0002366507980000061
当
Figure BDA0002366507980000062
下一次查找位置为
Figure BDA0002366507980000063
查找过程为递归形式，直至找到满足条件的点，或者递归次数达到一定次数。tol取值为1.0e-10。
进一步地，计算线段Curvet和位置条码线的交点F，线段Curvet作为D点的子对象，跟随D点移动和旋转。设定标志量flag，flag为1时表示往长度增长方向查找；flag为0时表示往长度减小方向查找。对每一次查找，有当前查找长度位置Lfold和更新后的查找长度位置Lfnew，首先获取Lfold对应的坐标点(xfOld,yfOld)，再获取点(xfOld,yfOld)到条码位置线的距离dis1，当flg值为1,Lfnew＝Lfold+dis1；当flag值为0，Lfnew＝Lfold-dis1；获取Lfnew对应的坐标点(xfNew,yfNew)，获取点(xfNew,yfNew)是否在位置条码线上的布尔值量b，如果，点(xfNew,yfNew)在位置条码线上，即b为真，则(xfNew,yfNew)为最终交点F；如果点(xfNew,yfNew)不在位置条码线上，即b为假，获取(xfNew,yfNew)到位置条码线的距离disNew，当disNew小于dis1且flag值为0，flag值更新为0；当disNew小于dis1且flag值为1，flag值更新为1；当disNew大于dis1且flag值为0，flag值更新为0；当disNew大于dis1且flag值为1，flag值更新为0；查找过程为递归形式，直至找到满足条件的点，或者递归次数达到一定次数。可选的，初始时，Lfold取值为0，flag取值为1。
进一步地，得到直线Curvet和位置条码线的交点，获取此交点在位置条码线上的参数，然后利用二分查找法查找此参数对应的位置条码线的长度值，即为位置条码阅读器理论值。
进一步地，根据计算出的C点坐标位置(xc，yc)和D点坐标位置(xd,yd)，可以得到向量CD与X轴正向的夹角angle，车体行走轮机构左、右轮LR和CD为几何垂直关系，左右轮轮距已知，进而可计算出左轮和右轮的坐标位置。
xl＝(xc+xd)/2.0+sin(-1*angle)*Dlr/2
yl＝(yc+yd)/2.0-cos(-1*angle)*Dlr/2
xr＝(xc+xd)/2.0-sin(-1*angle)*Dlr/2
yr＝(yc+yd)/2.0+cos(-1*angle)*Dlr/2
(xl,yl)为车体行走轮左轮平面坐标位置，(xr,yr)为车体行走轮右轮平面坐标位置。
可选的，上述方法还可包括以下步骤：
计算检验车体行走轮机构左、右轮运动学参数，计算并输出差速游览车的左右轮行走数据和位置条码值(位置条码阅读器的读值)等目标数据至外部数据文件。
以上，对本发明实施例提供的有轨差速游览车运动模拟方法进行了说明。
请参考图3，本发明一个实施例中，还提供一种有轨差速游览车运动模拟系统，该系统包括：
第一构建模块31，用于在三维模型中构建轨道线和位置条码线，其中，位置条码线由轨道线偏移一定距离形成；
第二构建模块32，用于构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则，所述车体简化模型的组成部分包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器，所述运动规则包括：车体前、后导向机构始终位于轨道线上，车体行走轮机构左、右轮的连线与车体前、后导向机构的连线垂直，车体位置条码阅读器位于位置条码线上且跟随车体后导向机构移动；
模型数据显示模块33，用于显示三维模型，显示内容包括车体简易模型、特技机构、轨道、场馆等；
车体行走参数输入模块34，用于调整车体前导向机构在轨道线的位置；
车体位置计算模块35，用于计算车体后导向机构和车体行走轮机构左、右轮的位置以及车体位置条码阅读器的读值。
进一步的，该系统还包括：
运动学参数校验模块36，用于计算检验车体简化模型的车体行走轮机构左、右轮的运动学参数；
数据输出模块37，用于计算并输出差速游览车的左右轮行走数据以及位置条码值等目标数据至外部数据文件。
可选的，所述轨道线由线段和圆弧两种形式的线型连接构成，直线和圆弧首尾相接且相切；所述车体位置条码阅读器由一条线段表示，该线段与所述位置条码线相交，交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值。
可选的，车体前导向机构在轨道线上的位置由行走动画控制参数关键帧曲线决定，车体前、后导向机构的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮和车体前、后导向机构的相对位置固定。
请参考图4，本发明的一个实施例，还提供一种计算机设备40，包括处理器41和存储器42，所述存储器42中存储有程序，所述程序包括计算机可执行指令，所述计算机设备40运行时，所述处理器41通过执行所述存储器42中存储的程序，使得所述计算机设备40执行如上文所述的有轨差速游览车运动模拟方法。
本发明一个实施例还提供一种存储有程序的存储设备，所述程序包括计算机可执行指令，当所述程序被包括处理器的计算机设备执行时，使得所述计算机设备执行如上文所述的有轨差速游览车运动模拟方法。
综上，本发明公开了一种有轨差速游览车运动模拟方法和系统及相关装置。本发明技术方案可通过运动模拟计算有轨差速游览车的车体简化模型的各个组成部分的位置，从而可以在计算机模型中观察建筑、特技机构、道具及车体之间的空间相对位置，可灵活调整车体运动速度，且虚拟车体运动形式能有效表达物理实际车体的运动，并能够生成可用于驱动实际车体进行行走动作的数据。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种有轨差速游览车运动模拟方法，其特征在于，包括：
S1：在三维模型中构建轨道线和位置条码线，其中，位置条码线由轨道线偏移一定距离形成；
S2：构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则，所述车体简化模型的组成部分包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器，所述运动规则包括：车体前、后导向机构始终位于轨道线上，车体行走轮机构左、右轮的连线与车体前、后导向机构的连线垂直，车体位置条码阅读器位于位置条码线上且跟随车体后导向机构移动；
S3：计算所述车体简化模型的各个组成部分的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述轨道线由线段和圆弧两种形式的线型连接构成，直线和圆弧首尾相接且相切；所述车体位置条码阅读器由一条线段表示，该线段与所述位置条码线相交，交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
车体前导向机构在轨道线上的位置由行走动画控制参数关键帧曲线决定，车体前、后导向机构的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮和车体前、后导向机构的相对位置固定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31. 读取行走动画控制参数关键帧曲线；
S32. 根据行走动画控制参数关键帧曲线，计算车体前导向机构在轨道线的位置坐标和方向；
S33. 根据车体前导向机构在轨道线的位置坐标和方向，计算车体后导向机构在轨道线的位置坐标和方向；
S34. 根据车体前、后导向机构在轨道线的位置坐标，计算车体行走轮机构左、右轮的位置坐标；
S35. 根据车体后导向机构在轨道线的位置坐标和方向，计算车体位置条码阅读器的位置坐标；
S36. 计算车体位置条码阅读器对应的读值。
5.一种有轨差速游览车运动模拟系统，其特征在于，包括：
第一构建模块，用于在三维模型中构建轨道线和位置条码线，其中，位置条码线由轨道线偏移一定距离形成；
第二构建模块，用于构建差速游览车的车体简化模型及其运动规则，所述车体简化模型的组成部分包括车体前、后导向机构和车体行走轮机构左、右轮以及车体位置条码阅读器，所述运动规则包括：车体前、后导向机构始终位于轨道线上，车体行走轮机构左、右轮的连线与车体前、后导向机构的连线垂直，车体位置条码阅读器位于位置条码线上且跟随车体后导向机构移动；
模型数据显示模块，用于显示三维模型；
车体行走参数输入模块，用于调整车体前导向机构在轨道线的位置；
车体位置计算模块，用于计算车体后导向机构和车体行走轮机构左、右轮的位置以及车体位置条码阅读器的读值。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
运动学参数校验模块，用于计算检验车体简化模型的车体行走轮机构左、右轮的运动学参数；
数据输出模块，用于计算并输出差速游览车的左右轮行走数据。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述轨道线由线段和圆弧两种形式的线型连接构成，直线和圆弧首尾相接且相切；所述车体位置条码阅读器由一条线段表示，该线段与所述位置条码线相交，交点对应的位置条码线长度值即为位置条码阅读器的读值。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
车体前导向机构在轨道线上的位置由行走动画控制参数关键帧曲线决定，车体前、后导向机构的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮的间距为固定值，车体行走轮机构左、右轮和车体前、后导向机构的相对位置固定。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序，所述程序包括计算机可执行指令，所述计算机设备运行时，所述处理器通过执行所述存储器中存储的程序，使得所述计算机设备执行如权利要求1所述的有轨差速游览车运动模拟方法。
10.一种存储有程序的存储设备，所述程序包括计算机可执行指令，当所述程序被包括处理器的计算机设备执行时，使得所述计算机设备执行如权利要求1所述的有轨差速游览车运动模拟方法。
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