CRH5动车组转向架仿真系统设计与实现

图形化的程序结构清晰、简捷，便于调试，本系统采用该软件作为系统集成实现工具。

(2)仿真动画制作工具

VRML是一种具有沉浸感、交互性的虚拟现实建模语言[3]，占据存储空间很小，它与CATIA和Pro/E等三维软件具有标准接口，还提供了动画插补器节点，可以实现虚拟场景的动画效果。Cosmo Worlds则是针对VRML开发的可视化编辑器，尤其对于动画制作提供了非常直观的平台，运行快捷，所见即所得。系统采用该软件实现转向架的虚拟装配过程仿真。

(3)多媒体制作工具

系统利用图像处理软件Photoshop制作文字信息以表达零部件的名称、安装技术信息和工艺要求，利用Premiere视频编辑软件进行仿真动画的后期制作。

3.2 虚拟装配技术

系统采用虚拟装配技术[4]，通过创建三维模型、模型格式转换、装配顺序和路径规划以及制作仿真动画几个步骤，实现转向架的构架、轮对、一系悬挂和二系悬挂等大部件以及总体装配过程的仿真。使用户可以快速建立对转向架结构特征的感观认识，有助于理解和掌握转向架的复杂结构和装配关系。

3.2.1 坐标变换及模型格式转换

转向架的三维模型是利用CAD/CAM软件CATIA创建的，而装配过程的仿真在Cosmo Worlds可视化平台上实现。由于CATIA和Cosmo Worlds的笛卡尔坐标系不同，如图5(a)、(b)所示，所以在实现装配仿真之前，需要进行坐标变换。然后利用CATIA的标准接口进行模型格式的转换，对转向架的构架、轮对和一系悬挂等五个大部件分别将其零部件模型逐一输出为.wrl格式文件。

3.2.2 装配仿真的实现

在实现虚拟装配仿真之前，首先要进行总体规划，确定零部件的装配顺序和路径，这是进行装配仿真的重要环节。转向架零部件的装配顺序是按照装配工艺规程确定的，装配路径的规划是确定零部件在装配时的运动轨迹，使其避免发生干涉。

对转向架装配过程的仿真，是基于VRML在Cosmo Worlds平台上通过制作动画实现的。利用VRML各种插补器节点，通过改变节点的域值以及路由对事件的传递，使零部件发生平移和旋转，视点发生切换或放大或缩小，从而实现转向架各大部件以及总体的虚拟装配。

主要步骤包括：用Inline方式导入模型→创建仿真动画→定义动画指针→添加动作→定义关键帧→赋材质→生成动画文件。然后利用Photoshop制作文字标注，用Premiere将文字和图像等合成为.avi动画文件，这样生成的转向架装配仿真动画可以生动、形象地表达零部件的安装顺序、工艺要求以及装配关系。图6所呈现的是按照装配顺序将构架、制动系统、牵引、一系悬挂、二系悬挂、轮对组成、管路布置和辅助装置等零部件装配组成的动车转向架。

3.3 交互技术

系统利用Authorware的热区、按钮和文本等交互响应方式，为用户提供了交互功能。

(1)以图文并茂的形式清晰地表达了转向架的总体

概况、主要技术参数和结构特点等，用户可以通过鼠标点击，浏览查看这些信息。

(2)利用DirectMedia-Xtra 插件提供了装配仿真视频的播放和暂停功能，还可以通过拖动滑动条，快进到感兴趣的装配画面，以便用户在观看时根据需要随时控制视频的播放。

(3)利用热区响应，设置开关控制背景音乐，用户可以通过点击背景音乐图标，控制它的开启和关闭。

(4)利用翻页、返回和退出按钮响应，用户可以实现页面间的跳转以及系统的退出。

3.4 多媒体技术

系统采用多媒体技术将转向架的各种信息呈现给用户，使用户通过文本和图片，了解转向架的技术信息、结构特点以及识别零部件等。通过装配仿真视频演示，观看转向架的大部件和总体的虚拟装配过程，详细了解转向架的结构、安装顺序、工艺技术要求以及各零部件的空间位置关系，帮助用户加深对转向架的认识和对装配的理解与记忆，缩短认知过程。

系统借助于基于流程线和图标设计方式的Authorware多媒体开发工具，利用显示、交互和计算等图标，将转向架的文本、图形、图像、声音和视频等信息嵌入到各功能图标中，并通过函数和变量的使用，有效地集成了转向架的多媒体信息，为动车组转向架相关人员提供了一个多媒体的可视化信息平台。

3.5 数据压缩技术

系统采用多媒体技术使得信息更加丰富，通常数据量也比较大，信息中的冗余数据会影响系统的运行速度，有必要利用数据压缩技术[5]对文件进行优化压缩处理。

(1)VRML文件的优化

对于VRML文件，虽然占据的存储空间比其他格式文件小得多，但还有优化的空间。系统采用以下优化方法：①使用重用机制，对相同的部分利用DEF(重定义节点)与USE(重用节点)很大程度地简化了文件。②利用Inline节点减少文件的体积，提高了代码的重用率。

(2)图像文件