基于Glscene的彈藥存放管理三維仿真模型及實現

□ 戴祥軍，蘭榕杰，李 江

(1.陸軍工程大學石家莊校區，河北 石家莊 050003； 2.76173部隊，廣東 樂昌 512243)

目前，在彈藥存放管理工作中，堆碼設計主要依靠經驗，難以處理復雜的多批、多層、多垛形的問題，庫房資源利用率較低，時常會因方案不合理而返工，造成人力、物力的浪費，極大的制約了彈藥的信息化管理和快速化保障。為此，引入自動化倉庫管理模式，將庫房內的彈藥堆垛以三維實體化仿真模型的形式進行管理，將大大提高工作效率。本文基于Delphi的Glscene開發環境，通過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，建立相應的三維場景，實現了彈藥堆積設計和管理的可視化。

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所示的空間坐標系，以行和高為基本堆積面，沿列方向進行堆積[2]。

方垛、二層壓行和壓列梯垛在引文[1]中已詳細說明，下面主要對多層壓列、壓行梯垛以及塔垛模型進行分析與算法設計。

1.2 二層塔垛模型

塔垛實質上是在行和列兩個方向上進行錯位堆碼的堆垛形式，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 彈藥堆垛模型結構圖

(深色部分)去掉，剩余的垛即可視為錯位的二層壓行梯垛，因此，我們將首批下層第一列垛面的列坐標定為0，先從整體堆垛中去除，剩余部分按二層壓行梯垛計算，最終再將0垛面加上。其垛形數據結構如表1所示。

圖3 二層塔垛

表1 二層塔垛數據結構表

塔垛中除首批外其它批次計算與壓行梯垛[1]相同，首批計算式如下：

(1)

式(1)中，當W=0時，按W=H-1進行計算。

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錯位半箱，如圖4所示。此種垛形的難點在于，其行數不再是定值，根據所處層數的不同，下層為H行，中層為H-1行，上層為H-2。其垛形數據結構如表2所示：

圖4 三層壓行

表2 三層壓行梯垛數據結構表

三層壓行梯垛中某批次的批量：

當W=0時，W按W所在層的H進行計算。

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錯位半個箱位，如圖5所示。三層壓列梯垛是方形垛的一種錯位堆法，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)去掉即可視為錯位方形垛，其堆垛數據結構如表3所示：

圖5 三層壓列梯垛

表3 三層壓列梯垛數據結構表

三層壓列梯垛中除首批外的其他批次批量計算與方形垛完全相同。首批計算式如式(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上進行列方向上的錯位，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，其垛形數據結構如表4所示：

圖6 三層塔垛

表4 三層塔垛數據結構表

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

當W=0時，W按W所在層的H進行計算。

2 三維仿真場景實現

2.1 設計思路

運用Delphi的 3D模型控制插件Glscene，模擬彈藥存放管理過程，實施彈藥堆積可視化管理。首先建立三維仿真場景，在場景中引入虛擬物體GLDummyCube模擬彈藥堆垛，為GLDummyCube添加子物體，模擬彈藥箱，設置子物體的間距、大小，依據彈藥堆垛模型，確定子物體的位置，實現對多種彈藥堆垛的三維仿真。將GLDummyCube與Camera(攝像機)連接，通過Camera的視角對物體進行縮放和空間觀察，為使虛擬場景與現實堆垛相吻合，設置手工調整功能，對相應彈藥箱進行位置調整。軟件功能框架如圖7所示：

圖7 軟件功能框架

2.2 場景的實現

利用彈藥堆垛算法模型并結合GLScene，通過選擇堆垛類型，輸入彈藥和庫房參數，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分是現實管理中的重點，也是該軟件設計的難點，通過批與批之間顏色的轉換，可以清楚的顯示出批界，這與現實批界的標注是不同的，但更有利于信息化管理。建立場景Camera，通過改變其景深和焦距實現場景的縮放，移動其位置實現三維視角的變換。考慮到在有限的屏幕上對整個彈藥堆垛三維模型進行操作，將坐標軸建立在堆垛中心位置，方便觀察和調整。將三維場景進行存儲，形成可視化彈藥堆垛數據庫，實現對多庫房、多區域、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景實現如圖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 場景的調整

為使仿真場景與現實堆碼情況相一致，設置手動調整模塊。通過設置單箱調整、多箱調整、整行調整、列面調整、批次調整等功能，對虛擬堆垛中的箱體進行任意位置調整，從而處理現實堆垛的各種復雜情況，實現如實仿真。調整示例如圖15、圖16所示：

圖15 多箱調整示例

圖16 列面調整示例

3 結語

本文基于Delphi的Glscene構建了彈藥堆垛三維仿真場景，提出了彈藥堆垛算法模型，實現了對部隊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，同時為適應現實的復雜情況，設置了調整功能，使三維仿真場景能與實際堆碼完全吻合，最終建立了彈藥存放堆積管理的基本空間模型，為庫存彈藥的可視化管理奠定了基礎。