Моделирование движения кабельной линии подводного аппарата в пакете Blender Game Engine

Моделирование движения кабельной линии подводного аппарата в пакете

Blender Game Engine

ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 3

при этом кабель представлен тремя стержнями, связанными идеальными шарни-

рами. Ближний к носителю стержень является телескопическим стержнем с пере-

менной длиной, два остальных имеют неизменную длину. Два крайних шарнира,

связывающих стержни с носителем и ТНПА, полагаются неподвижными в рас-

сматриваемой системе координат, что соответствует совместному синхронному

движению ТНПА и носителя или динамическому позиционированию ТНПА у

объекта работ.

Любая из постановок задачи описания движения кабеля как системы с рас-

пределенными параметрами в результате приводит к системе нестационарных

дифференциальных уравнений в частных производных. Граничными условиями

должны являться уравнения движения ТНПА в виде системы ОДУ на ходовом

конце кабеля и условия связи с носителем на коренном конце. Аналитическое

решение таких систем удается найти только для немногих частных случаев. Схемы

численного решения сложны и затратны по времени расчета. Кроме того, ни одна

из рассмотренных постановок задачи не предполагает соударений элементов

кабеля, необходимых для моделирования его запутывания. По мнению авторов

настоящей статьи, при разработке тренажера для моделирования системы ТНПА–

кабель целесообразно использовать конечномерное представление кабеля, анало-

гичное представлению, приведенному в работе [4], но в трехмерной постановке, и

применять однин из известных программных пакетов, так называемых «движков»,

используемых при разработке компьютерных игр. Например, таким пакетом яв-

ляется пакет

Blender Game Engine

(

BGE

), примененный при разработке программ-

ного обеспечения (ПО) модели системы ТНПА–кабель.

Перечислим основные причины, по которым был выбран пакет

BGE

Во-первых, этот пакет является некоммерческим проектом с открытым кодом

[10], что позволит в дальнейшем сертифицировать созданное на его основе

прикладное ПО. Во-вторых, для расчета физических процессов в пакете

BGE

используется встроенный мощный физический процессор реального времени

Bullet

[11], позволяющий рассчитывать столкновения твердых тел — сферы, па-

раллелепипеда, цилиндра, конуса, выпуклого конуса — на основе реализации

алгоритма расчета столкновений Гильберта — Джонсона — Керти. В-третьих,

имеется развитое интернет-сообщество пользователей пакета

BGE

[12], активно

поддерживаемое

Blender Foundation

, что существенно облегчает разработку ПО.

Возможности моделирования в пакете

BGE

Моделируемая сущность

представляется в виде сцены, на которую помещены различные объекты, каж-

дый из которых может быть наделен определенными физическими характери-

стиками, в частности, геометрической формой, размерами и массой. Имеется

единая для всех объектов сцены глобальная декартова система координат, и

собственная для каждого объекта локальная координатная система. Для моде-

лирования динамики задаются векторы внешних сил и моментов, действующие

на каждый объект, которые по умолчанию полагаются приложенными в его

центре масс. Связи между объектами задаются в виде шарниров различных ти-

пов, линейных или угловых пружин. Для каждого объекта задают битовую мас-