Simulink 3D Animation

Visualisieren von dynamischem Systemverhalten in einer Virtual-Reality-Umgebung

 

Simulink 3D Animation™ bietet Apps zum Verknüpfen von Simulink®-Modellen und MATLAB®-Algorithmen mit 3D-Grafikobjekten. Objekte können in den gängigen 3D-Modellierungssprachen X3D und VRML97 dargestellt werden. Sie können eine 3D-Welt animieren, indem Sie die Position, Rotation, Skalierung und andere Objekteigenschaften während der Desktop- oder Echtzeitsimulation ändern. Sie können auch Kollisionen und andere Ereignisse in der virtuellen Welt erkennen und als Feedback an Ihre MATLAB- und Simulink-Algorithmen zurückgeben. Videos von virtuellen Kameras können zur Verarbeitung an Simulink gestreamt werden.

Simulink 3D Animation umfasst Editoren und Viewer, mit denen Sie virtuelle Szenen darstellen und mit diesen interagieren können. Mit dem 3D World Editor können Sie Dateien in CAD- und URDF-Formaten importieren und detaillierte Szenen aus 3D-Objekten zusammenstellen. Die 3D-Welt kann mit stereoskopischem Sehen immersiv betrachtet werden. Sie können mehrere Ansichten von 3D-Szenen in MATLAB-Abbildungen integrieren und mit der virtuellen Welt über einen Force-Feedback-Joystick, eine Space-Maus (3D-Maus) oder ein anderes Hardwaregerät interagieren.

Erste Schritte:

Erstellen von 3D-Welten

Verwenden Sie den 3D World Editor zum Erstellen und Importieren von Virtual-Reality-Welten.

Aufbauen von 3D-Welten

Der 3D World Editor bietet eine hierarchische Baumstruktur-Ansicht von VRML-Objekten, aus denen die virtuelle Welt besteht. Er enthält Objekt-, Textur-, Transformations- und Materialbibliotheken, die lokal gespeichert werden, um einen einfachen Zugriff zu ermöglichen.

3D World Editor mit einer hierarchischen Baumstruktur-Ansicht (links) und einer Szenenvorschau (rechts) von Komponenten eines Mondlandungsmoduls.

Importieren von 3D-Inhalten aus dem Internet

Sie können mit mehreren 3D-Designtools 3D-Welten erstellen und in das X3D- oder VRML97-Format exportieren, um sie mit Simulink 3D Animation zu verwenden. Außerdem können Sie 3D-Inhalte aus dem Internet herunterladen und sie verwenden, um detaillierte 3D-Szenen zusammenzustellen.

Importieren von CAD-Modellen

Mit dem 3D World Editor können Sie importierte 3D-Objekte aus den meisten CAD-Paketen bearbeiten, um detaillierte 3D-Welten als Animationen für dynamische Systeme zu entwickeln, die in Simscape Multibody™, der Robotics System Toolbox™ und Aerospace Blockset™ modelliert wurden. Mit Simulink 3D Animation können Sie VRML- und X3D-Dateien verarbeiten, die mit CAD-Tools wie SolidWorks® und PTC CreoTM (Pro/ENGINEER®) erstellt wurden. Außerdem können Sie CAD-Modelle aus den Dateiformaten STL, DAE COLLADA, URDF und SDF in den 3D World Editor importieren.

3D-Animation der Dynamik eines in Simscape Driveline™ modellierten Doppelkupplungsgetriebes (oben) und der Flugbahnverfolgung eines Flugzeugs, die mit Koordinatentransformationen aus dem Aerospace Blockset berechnet wurde (unten).

Anzeigen von Welten

Zeigen Sie Ihre virtuellen Welten an, zoomen, schwenken und bewegen Sie sich darin. Dazu gehört stereoskopisches Sehen.

VRML-Viewer

Simulink 3D Animation enthält Viewer, mit denen Sie durch Zoomen, Schwenken, Seitwärtsbewegungen und Rotationen um interessante Punkte, sogenannte Blickpunkte, durch die virtuelle Welt navigieren können. In der virtuellen Welt können Sie Blickpunkte einrichten, die interessante Bereiche hervorheben, Besucher führen oder ein sich bewegendes Objekt von verschiedenen Positionen aus beobachten. Während einer Simulation können Sie zwischen diesen Blickpunkten wechseln.

Visualisierung der Flugbahn einer Minidrohne.

Erstellung von Benutzeroberflächen mit enthaltenen 3D-Welten

Der Simulink 3D Animation Viewer kann in MATLAB-Abbildungen integriert werden, sodass Sie virtuelle Szenen mit MATLAB Handle Graphics® und mehreren Ansichten einer oder mehrerer virtueller Welten kombinieren können.

Beispiel für eine grafische Benutzeroberfläche, die mit MATLAB Handle Graphics erstellt wurde. Der Bildschirm zeigt einen Test einer Autofederung auf einer Rennstrecke. Dabei werden mehrere 3D-Ansichten kombiniert (oben), die auch Geschwindigkeitsdaten und Visualisierungen des Lenkrads zeigen. Die drei relevanten Kräfte werden in 2D-Grafiken zur Trendanalyse gezeigt (unten).

Remote-Anzeige von 3D-Welten in einem Webbrowser

Der Simulink 3D Animation Web Viewer kann über HTML5-fähige Webbrowser genutzt werden, um virtuelle Welten auf Computern, Smartphones und Tablets anzuzeigen. Sie können eine virtuelle Welt auf Ihrem Computer öffnen und sie dann remote in einem Webbrowser auf einem mobilen Gerät oder einem Computer anzeigen, auf dem Simulink 3D Animation nicht installiert ist.

3D-Animation einer Montagestraße in einem HTML5-fähigem Browser. Die IP-Adresse in der Browser-Registerkarte bezieht sich auf den Hostcomputer, auf dem die Animation ausgeführt wird.

Interagieren mit Welten

Verwenden Sie bidirektionale MATLAB- und Simulink-Schnittstellen zu 3D-Welten. Erkunden Sie Simulink-Blöcke und MATLAB-Funktionen für Benutzerinteraktionen und virtuelle Prototypen mit 3D-Eingabegeräten, einschließlich 3D-Mäusen und Force-Feedback-Joysticks.

MATLAB-Schnittstelle zu 3D-Welten

In MATLAB können Sie die Positionen und andere Eigenschaften von VRML-Objekten lesen und ändern, Signale von VRML-Sensoren lesen, Rückrufe von grafischen Tools erstellen, Animationen aufzeichnen und Daten zu 3D-Objekten zuordnen. Mit MATLAB Compiler™ können Sie eigenständige Anwendungen generieren, die Funktionalität von Simulink 3D Animation enthalten.

Objekteigenschaften einer 3D-Szene, auf die mit MATLAB programmatisch zugegriffen wird.

Simulink-Schnittstellen zu 3D-Welten

Sie können die Position, Rotation und Größe eines virtuellen Objekts in einer Szene steuern, um seine Bewegung und Verformung zu visualisieren. Während der Simulation können auch Eigenschaften von VRML-Objekten in der Szene in Simulink eingelesen werden. Ein Satz von Vektor- und Matrix-Dienstprogrammen für Achsentransformationen ermöglicht Zuordnungen von Simulink-Signalen zu Eigenschaften von Objekten in Ihrer virtuellen Welt. Sie können Ansichten im Verhältnis zu Objekten anpassen und Simulink-Signale in Textform in der virtuellen Welt anzeigen. 2D-Ausgaben von synthetischen Kameras, die in der virtuellen Welt definiert sind, können zur weiteren 2D-Videoverarbeitung in Simulink gestreamt werden.

Sie können auch die 3D-Bewegungsbahn eines Objekts in der zugehörigen virtuellen Szene verfolgen. Beispielsweise können Sie eine Flugbahnvisualisierung für den Start eines Raumschiffs durchführen.

Simulation von Fahrzeugdynamik. Die 2D-Ausgabe einer am Auto befestigten synthetischen Kamera wird mit einem Videoverarbeitungsalgorithmus (in diesem Fall einer einfachen Kantenerkennung) verarbeitet und in einem Video-Viewer-Fenster angezeigt. 

3D-Eingabegeräte

Simulink 3D Animation bietet Simulink-Blöcke und MATLAB-Objekte, mit denen Sie Hardware-Eingabegeräte (3D-Mäuse und Force-Feedback-Joysticks) zur Beeinflussung von Objekten in virtuellen Welten verwenden können. Die Verwendung dieser Geräte ist jedoch nicht auf Objekte in virtuellen Szenen beschränkt. Sie können auch allgemeiner verwendet werden, um Simulink-Blöcke oder MATLAB-basierte Algorithmen zu steuern.

In diesem Modell wird eine Space-Maus verwendet, um einen Manipulator zu steuern. Das Gerät stellt Simulink Informationen über die Verschiebung und Rotation seines Steuerkörpers und den Status seiner Tasten bereit.

Erkennen von Kollisionen in 3D-Welten

Erkennen Sie Kollisionen zwischen 3D-Objekten, um sie als Eingaben für Ihre MATLAB- und Simulink-Algorithmen zu verwenden.

Mit Simulink 3D Animation können Sie Kollisionen von Punktwolken, Strahlenfächern und primitiven Geometrien mit Virtual-Reality-Objekten in ihrer Umgebung erkennen. Mit den Knoten PointPickSensor, LinePickSensor und PrimitivePickSensor können Sie Ultraschall-, LiDAR- und Berührungssensoren modellieren.

3D-Welt eines rollenden Roboters mit LiDAR-Sensor. Grüne Linien zeigen Sensorstrahlen, blaue Linien zeigen den Abstand zu Objekten in der Umgebung, mit denen Kollisionen möglich sind.

Aufzeichnen und Weitergeben von Animationen

Zeichnen Sie Szenendaten auf und geben Sie Ihre Arbeit an andere Personen weiter.

Aufzeichnen von Szenendaten

Mit Simulink 3D Animation können Sie Frame-Snapshots (Standbilder) einer virtuellen Szene steuern oder Animationen in Videodateien aufzeichnen. Sie können einen Frame-Snapshot der aktuellen Viewer-Szene als TIFF- oder PNG-Datei speichern. Sie können Aufzeichnungen von Animationsdaten in 2D-AVI-Videodateien und X3D-Dateien von 3D-Animationen planen und konfigurieren, um sie später wiederzugeben. Mit 3D-Animationsdateien können Sie aufgezeichnete Animationen mit vollständigem Virtual-Reality-Erlebnis betrachten. Beobachten Sie dabei dank stereoskopischem Sehen Szenen von verschiedenen Blickpunkten aus.

Sie können Video- und Bildverarbeitungstechniken für Frame-Snapshot- und Animationsdaten verwenden. Diese Ansätze ermöglichen die Entwicklung von Steuerungsalgorithmen unter Verwendung einer visuellen Feedback-Schleife durch die Verbindung mit einer Virtual-Reality-Umgebung statt mit physischen Versuchsaufbauten.

Simulink 3D Animation Player zeigt aufgezeichnete 3D-Animationen von zwei Autos, die Spurwechselmanöver mit unterschiedlichen Einstellungen ihrer Fahrdynamikregelungen durchführen.

Ermöglichung zusammenarbeitsorientierter Umgebungen

Mit Simulink 3D Animation können Sie simulierte virtuelle Welten anzeigen und mit diesen interagieren, und zwar auf einem einzelnen Rechner mit Simulink oder auf vernetzten Computern, die lokal oder über das Internet verbunden sind. In einer zusammenarbeitsorientierten Arbeitsumgebung können Sie eine animierte virtuelle Welt auf mehreren Client-Rechnern anzeigen, die über das TCP/IP-Protokoll mit einem Host-Server verbunden sind. Wenn Sie in einer individuellen (nicht vernetzten) Umgebung arbeiten, werden Ihr modelliertes System und die 3D-Visualisierung auf demselben Host ausgeführt.

Visualisierung von Echtzeitsimulationen

Visualisieren Sie Echtzeitsimulationen und verbinden Sie sie mit Eingabehardware.

Simulink 3D Animation umfasst Funktionen zur Visualisierung von Echtzeitsimulationen und zur Verbindung mit Eingabehardware. Sie können C-Code, der mit Simulink Coder™ aus Simulink-Modellen generiert wurde, zum Steuern von Animationen verwenden. Dieser Ansatz erweitert Ihre Hardware-in-the-Loop-Simulationen oder Rapid-Prototyping-Anwendungen auf Simulink Real-Time™ und Simulink Desktop Real-Time™ um eine visuelle Animation, die zeigt, wie Ihr Modell eines dynamischen Systems mit Echtzeit-Hardware verbunden ist.

Komponenten einer Testumgebung von Simulink Real-Time, die Simulink 3D Animation für Rapid Prototyping und Hardware-in-the-Loop-Simulationen enthält.

Neue Funktionen

Strings

Unterstützung von String-Datentypen durch die Blöcke VR Sink und VR Source

PROTO-Bearbeitung

Arbeiten mit PROTO-Definitionen direkt im 3D World Editor

Navigation mit dem Mausrad

Bewegen des Kamera-Blickpunkts in der 3D-Welt mit dem Mausrad

Import von FBX-Dateien

Laden von FBX-Dateien als Knoten in Virtual-Reality-Welten

Hilfsprogramme für Koordinatentransformationen

Konvertieren zwischen Koordinaten der VR-Welt und von MATLAB

Details zu diesen Merkmalen und den zugehörigen Funktionen finden Sie in den Versionshinweisen.

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