基于Glscene的彈藥存放管理三維仿真模型及實(shí)現(xiàn)

□ 戴祥軍，蘭榕杰，李 江

(1.陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，河北 石家莊 050003； 2.76173部隊(duì)，廣東 樂(lè)昌 512243)

目前，在彈藥存放管理工作中，堆碼設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，難以處理復(fù)雜的多批、多層、多垛形的問(wèn)題，庫(kù)房資源利用率較低，時(shí)常會(huì)因方案不合理而返工，造成人力、物力的浪費(fèi)，極大的制約了彈藥的信息化管理和快速化保障。為此，引入自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)管理模式，將庫(kù)房?jī)?nèi)的彈藥堆垛以三維實(shí)體化仿真模型的形式進(jìn)行管理，將大大提高工作效率。本文基于Delphi的Glscene開發(fā)環(huán)境，通過(guò)研究分析目前彈藥存放管理的基本形式，提出了方垛、梯垛、塔垛等七種堆積管理模型，建立相應(yīng)的三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了彈藥堆積設(shè)計(jì)和管理的可視化。

1 彈藥堆垛模型

1.1 堆垛模型分析

彈藥基本垛形可分為方垛和梯垛[1]，梯垛又可分為壓行垛、壓列垛和塔垛，根據(jù)高度不同，又可分為二層垛和多層垛，堆垛模型分類如圖1所示。建立如圖2所示的空間坐標(biāo)系，以行和高為基本堆積面，沿列方向進(jìn)行堆積[2]。

方垛、二層壓行和壓列梯垛在引文[1]中已詳細(xì)說(shuō)明，下面主要對(duì)多層壓列、壓行梯垛以及塔垛模型進(jìn)行分析與算法設(shè)計(jì)。

1.2 二層塔垛模型

塔垛實(shí)質(zhì)上是在行和列兩個(gè)方向上進(jìn)行錯(cuò)位堆碼的堆垛形式，如圖3所示。如將二層塔垛首批下層垛的第一列垛面

圖1 堆垛模型分類

圖2 彈藥堆垛模型結(jié)構(gòu)圖

(深色部分)去掉，剩余的垛即可視為錯(cuò)位的二層壓行梯垛，因此，我們將首批下層第一列垛面的列坐標(biāo)定為0，先從整體堆垛中去除，剩余部分按二層壓行梯垛計(jì)算，最終再將0垛面加上。其垛形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1所示。

圖3 二層塔垛

表1 二層塔垛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

塔垛中除首批外其它批次計(jì)算與壓行梯垛[1]相同，首批計(jì)算式如下：

(1)

式(1)中，當(dāng)W=0時(shí)，按W=H-1進(jìn)行計(jì)算。

1.3 三層壓行梯垛模型

三層壓行梯垛，其上、中、下層垛在行的方向上相對(duì)錯(cuò)位半箱，如圖4所示。此種垛形的難點(diǎn)在于，其行數(shù)不再是定值，根據(jù)所處層數(shù)的不同，下層為H行，中層為H-1行，上層為H-2。其垛形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2所示：

圖4 三層壓行

表2 三層壓行梯垛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

三層壓行梯垛中某批次的批量：

當(dāng)W=0時(shí)，W按W所在層的H進(jìn)行計(jì)算。

1.4 三層壓列梯垛

三層壓列梯垛，其上、中、下層堆垛間在列的方向上相對(duì)錯(cuò)位半個(gè)箱位，如圖5所示。三層壓列梯垛是方形垛的一種錯(cuò)位堆法，若將首批下層垛的前兩列列垛面和中層第一列列垛面(深色部分)去掉即可視為錯(cuò)位方形垛，其堆垛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3所示：

圖5 三層壓列梯垛

表3 三層壓列梯垛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

三層壓列梯垛中除首批外的其他批次批量計(jì)算與方形垛完全相同。首批計(jì)算式如式(2)：

N=H×[(L2-L1)×G+G2-G1+1]+2×G0×H+G3×H+W

(2)

1.5 三層塔垛模型

三層塔垛在三層壓行梯垛的基礎(chǔ)上進(jìn)行列方向上的錯(cuò)位，如圖6所示，若將三層塔垛首批下層垛的前兩列列垛面和中層第一列列垛面(深色部分)去掉，即可視為三層壓行梯垛，其垛形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表4所示：

圖6 三層塔垛

表4 三層塔垛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

三層塔垛中除首批外的其他批次批量計(jì)算與三層壓行梯垛完全相同。首批計(jì)算式如下：

當(dāng)W=0時(shí)，W按W所在層的H進(jìn)行計(jì)算。

2 三維仿真場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)思路

運(yùn)用Delphi的 3D模型控制插件Glscene，模擬彈藥存放管理過(guò)程，實(shí)施彈藥堆積可視化管理。首先建立三維仿真場(chǎng)景，在場(chǎng)景中引入虛擬物體GLDummyCube模擬彈藥堆垛，為GLDummyCube添加子物體，模擬彈藥箱，設(shè)置子物體的間距、大小，依據(jù)彈藥堆垛模型，確定子物體的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種彈藥堆垛的三維仿真。將GLDummyCube與Camera(攝像機(jī))連接，通過(guò)Camera的視角對(duì)物體進(jìn)行縮放和空間觀察，為使虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)堆垛相吻合，設(shè)置手工調(diào)整功能，對(duì)相應(yīng)彈藥箱進(jìn)行位置調(diào)整。軟件功能框架如圖7所示：

圖7 軟件功能框架

2.2 場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)

利用彈藥堆垛算法模型并結(jié)合GLScene，通過(guò)選擇堆垛類型，輸入彈藥和庫(kù)房參數(shù)，即可生成彈藥堆垛的三維仿真模型，如圖8所示。仿真模型中不同彈藥批次的區(qū)分是現(xiàn)實(shí)管理中的重點(diǎn)，也是該軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，通過(guò)批與批之間顏色的轉(zhuǎn)換，可以清楚的顯示出批界，這與現(xiàn)實(shí)批界的標(biāo)注是不同的，但更有利于信息化管理。建立場(chǎng)景Camera，通過(guò)改變其景深和焦距實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的縮放，移動(dòng)其位置實(shí)現(xiàn)三維視角的變換。考慮到在有限的屏幕上對(duì)整個(gè)彈藥堆垛三維模型進(jìn)行操作，將坐標(biāo)軸建立在堆垛中心位置，方便觀察和調(diào)整。將三維場(chǎng)景進(jìn)行存儲(chǔ)，形成可視化彈藥堆垛數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多庫(kù)房、多區(qū)域、多彈種和多批次彈藥堆碼的可視化管理。具體七種堆碼模型的三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)如圖8到圖14所示：

圖8 方垛

圖9 壓行梯垛

圖10 壓列梯垛

圖11 三層壓行梯垛

圖12 三層壓列梯垛

圖13 二層塔垛

圖14 三層塔垛

2.3 場(chǎng)景的調(diào)整

為使仿真場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)堆碼情況相一致，設(shè)置手動(dòng)調(diào)整模塊。通過(guò)設(shè)置單箱調(diào)整、多箱調(diào)整、整行調(diào)整、列面調(diào)整、批次調(diào)整等功能，對(duì)虛擬堆垛中的箱體進(jìn)行任意位置調(diào)整，從而處理現(xiàn)實(shí)堆垛的各種復(fù)雜情況，實(shí)現(xiàn)如實(shí)仿真。調(diào)整示例如圖15、圖16所示：

圖15 多箱調(diào)整示例

圖16 列面調(diào)整示例

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于Delphi的Glscene構(gòu)建了彈藥堆垛三維仿真場(chǎng)景，提出了彈藥堆垛算法模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)部隊(duì)常見七種典型堆垛的空間仿真，并給出了不同的尾箱處理方式，同時(shí)為適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜情況，設(shè)置了調(diào)整功能，使三維仿真場(chǎng)景能與實(shí)際堆碼完全吻合，最終建立了彈藥存放堆積管理的基本空間模型，為庫(kù)存彈藥的可視化管理奠定了基礎(chǔ)。