Статья

Название статьи ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРУППЫ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
Автор А.Ю. Демин, В.А. Сорокин, И.А. Анферов, А.А. Хамухин
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОРСКАЯ РОБОТОТЕХНИКА
Месяц, год 01, 2016
Индекс УДК 004.92; 519.876.5
DOI
Аннотация Рассмотрены проблемы визуализации трехмерной поверхности по картам высот, визуализации процесса имитационного моделирования поведения группы автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) в 3D пространстве. Для построения трехмерной модели предложено наложение полигональной сетки вершин с заданным шагом на карту высот с последующим формированием модели на основе сформированных трехмерных точек, а также автоматическое текстурирование с помощью анализа высоты полигонов. Для моделирования поведения группы АНПА предложен мультиагентный подход, разработан набор характеристик агентов, среды и их взаимодействие. Представлен результат разработки приложения визуализации процесса моделирования на основе технологии Unity. В качестве модели среды использовано векторное трехмерное поле, определяющее подводные течения и другие состояния среды. В процессе моделирования каждый агент на каждой итерации взаимодействует с моделью среды, получая значении этого поля в точке нахождения подводного аппарата. За счет анализа полученных значений учитывается влияние среды на движение АНПА. Кроме собственных АНПА по подобным законам в подводной среде могут двигаться другие конкурирующие объекты, обнаружение которых и является целью АНПА. Такие объекты могут выпускаться с надводных или подводных аппаратов и следовать через группировку АНПА под различными углами и с различной скоростью. Целью моделирования, в таком случае, является сбор статистических данных о возможности обнаружения посторонних объектов группировкой АНПА при различных вариантах построения и при реализации различных миссий отдельных АНПА. Для визуализации отдельного АНПА была создана высокополигональная анимированная трехмерная модель подводного аппарата с заданными параметрами материалов. Трехмерная модель подводного аппарата создана с помощью инструмента для 3D моделирования Blender. За основу был взят Шведский аппарат фирмы “Sutec”. При помощи контроллеров Rigidbody и Mesh Collider для объектов были реализованы такие физические свойства, как возможность столкновения с другими объектами и рельефом и воздействие гравитации. При выборе ручного режима предусмотрена возможность управления видом с камеры от третьего лица, для которой включен параметр «дальность видимости" реализованный при помощи шейдера GlobalFog.

Скачать в PDF

Ключевые слова Трехмерная визуализации; автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА); подводная обстановка; текстурирование; мультиагентное моделирование; Unity.
Библиографический список 1. Автономные подводные роботы. Системы и технологии. / Под общ. ред. акад. М.Д. Агеева. – М.: Наука, 2005. – 398 с.
2. Киселёв Л.В. Код глубины. – Владивосток: Дальнаука, 2011. – 332 с.
3. Смирнов Г.В., Еремеев В.Н., Агеев М.Д., Коротаев Г.К., Ястребов В.С., Мотыжев С.В. Океанология. Средства и методы океанологических исследований. – М.: Наука, 2005. – 795 c.
4. Underwater vehicles / Edited by Aleksander V. Inzartsev. – Austria, 2009. – 582 p.
5. Матвиенко Ю.В., Костенко В.В., Борейко А.А. Разработка подводного роботизированного комплекса «Галтель» // Материалы 6-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения Мирового океана» (ТПОМО-6) Владивосток 28 сентября – 2 октября 2015 г. – С. 4-7.
6. Минаев Д.Д. Комплекс программно-аппаратных средств для ведения морских инженерных изысканий при проектировании, строительстве и эксплуатации различных объектов подводной инфраструктуры // Материалы 6-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения Мирового океана» (ТПОМО-6) Владивосток 28 сентября – 2 октября 2015. – С. 32-36.
7. Техническое зрение в системах управления мобильными объектами // Труды научно-технической конференции-семинара. Вып. № 4 / Под ред. Р.Р. Назирова. – М.: КДУ, 2011. – 328 с.
8. Брага Ю.А., Зайцев С.А., Кравец М. В., Машошин А.И. Решение задачи классификации обнаруженных объектов при акустическом мониторинге водных районов // Известия ТРТУ. – 2004. – № 5 (40). – С. 104-109.
9. Бердышев В.И., Костоусов В.Б. Задачи планирования маршрута движущегося объекта в условиях наблюдения // Материалы 6-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения Мирового океана» (ТПОМО-6). – Владивосток. 28 сентября – 2 октября 2015. – С. 391-395.
10. Киселев Л.В., Юдаков А.А. Динамика подводного робота при траекторном обследовании объектов // Подводные роботы и их системы. – 1992.– Вып. № 5. – C. 28-50.
11. Куценко А.С., Егоров С.А., Черненко К.В., Крючков Р.С., Иноземцев В.В. Построение и отработка системы управления комплекса из двух подводных аппаратов // Материалы 6-й научно-технической конференции «Технические проблемы освоения Мирового океана» (ТПОМО-6). – Владивосток. – 28 сентября – 2 октября 2015 г. – С. 411-412.
12. Huang H.M., Hira R., and Quintero R. A Submarine Maneuvering System Demonstration based on the NIST Real-Time Control System Reference Model // Proceedings of the 8th IEEE International Symposium on Intelligent Control, Chicago, IL. – 1993, DOI: 10.1109/ISIC.1993.397684.
13. Albus J.S., McCain H.G, and Lumia R. NASA/NBS Standard Reference Model for Telerobot Control System Architecture (NASREM) // NIST technical note 1235, 1989 edition.
14. Albus J.S., and Proctor F.G. A Reference Model Architecture for Intelligent Hybrid Control Systems // // Proceedings of the Int. Federation of Automatic Control, CA, June 30–July 5, 1996.
15. Скобелев М.М. Разработка в MATLAB-Simulink модели визуализации в виртуальной реальности управляемого пространственного движения подводного аппарата // Наука и образование. – 2011. – Вып. № 10. – С. 1-15.
16. Котов К.Ю. Математические модели взаимодействия агентов в коллективах // Материалы VIII школы семинара молодых ученых Математическое моделирование и информационные технологии. – Иркутск, 2006. – С. 82-86.
17. Smith Т.R., Mann Н.Н., and Leonard N.Е. Orientation control of multiple underwater vehicles // In Proc. 40th IEEE Conf. Decision and Control. – 2001. – P. 4598-4603.
18. Balch Т., Arkiri R.C. Behavior-based formation control for multirobot teams // Robotics and Automation, IEEE Transactions on. – 1998. – Vol. 14, No. 6. – P. 926-939.
19. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. – СПб.: БХВ-Петербург. – 2006. – 400 с.
20. Федоренко Р.В., Гуренко Б. В. Комплекс моделирования движений подвижных объектов на базе воздухоплавательных и подводных аппаратов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 3 (116). – С. 180-186.
21. Лапшов В.С. Технологии виртуальной реальности для боя в городе с применением наземных мобильных робототехнических комплексов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 3 (140). – С. 63-69.
22. Улыбин А.В., Арзамасцев А.А. Мультиагентный подход в имитационном моделировании // Вестник ТГУ. – 2010. – Т. 15. – Вып. № 5. – С. 1470-1471.
23. Alexandre Santos Lobao. Beginning XNA 2.0 Game Programming: From Novice to Professional. – New York: Apress, 2007. – 456 p.
24. Khamukhin А.А., Perminov R.I., Yagunov T.A. Numerical simulation of hydroacoustic noise signals detecting by a two stages wavelet transform // Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS) : proceedings of the International Conference, Tomsk, 16-18 October, 2014 / National Research Tomsk Polytechnic University (TPU); Institute of Electrical
and Electronics Engineers (IEEE). – 2014. – 4 p.
25. Хамухин А.А. Устройство обнаружения узкополосных шумовых гидроакустических сигналов на основе непрерывного вейвлет-преобразования / Патент РФ на изобретение № 2510037, Патентообладатель: Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), заявка. № 2012141615/28; заявл. 28.09.12; опубл. 20.03.14, бюл. № 8. – 9 с.

Comments are closed.