Details

Данная работа посвящена проектированию и реализации комплексной системы для симуляции и трёхмерной визуализации поведения роя дронов в различных средах. Особое внимание уделено созданию гибкого механизма описания сцены и траекторий движения, а также разработке пользовательского интерфейса для управления симуляцией. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Разработка унифици- рованного языка описания сцены (среда, объекты, дроны, траектории) в формате JSON для гибкой конфигурации симуляций. 2. Проектирование модульной архитектуры программного приложения для эффективного взаимодействия между логикой симуляции, визуализацией и пользовательским интерфейсом. 3. Реализация интерактивного пользовательского интерфейса, обеспечивающего загрузку сцен, управление параметрами симуляции (старт, пауза, сброс, скорость) и отображение статусной информации. 4. Создание 3D-визуализации симуляционной среды в игровом движке Unity, включая интеграцию 3D-моделей дронов, построение динамических и статических сцен. 5. Внедрение механизмов обработки столкновений дронов с элементами сцены (земля, препятствия, другие дроны) с соответствующими визуальными эффектами. Работа проведена с использованием игрового движка Unity 3D для визуализации и языка C# для логики симуляции. Процесс разработки включал проектирование структуры данных на основе JSON, создание пользовательского интерфейса с использованием компонентов Unity UI, а также разработку алгоритмов для интерполяции траекторий и обработки физических взаимодействий. Использовалась 3D-модель дрона, созданная в Blender. В результате была разработана и успешно реализована работоспособная система симуляции роя дронов, способная загружать конфигурируемые сцены, отображать движение дронов по заданным траекториям и визуализировать события столкновений. Созданный интерфейс позволяет пользователю удобно взаимодействовать с симуляцией, изменяя её параметры в реальном времени. Полученные результаты демонстрируют эффективность выбранных подходов к архитектуре и визуализации, обеспечивая наглядное представление сложных динамических процессов.

This work is dedicated to the design and implementation of a comprehensive system for simulating and visualizing the behavior of drone swarms in various environments. Special attention is paid to creating a flexible mechanism for describing scenes and trajectories, as well as developing a user interface for controlling the simulation. The objectives addressed during the research include: 1. Developing a unified scene description language (environment, objects, drones, trajectories) in JSON format for flexible simulation configuration. 2. Designing a modular architecture for the software application to ensure efficient interaction between simulation logic, visualization, and the user interface. 3. Implementing an interactive user interface that allows scene loading, control over simulation parameters (start, pause, reset, speed), and display of status information. 4. Creating a 3D visualization of the simulation environment using the Unity game engine, including the integration of 3D drone models and the construction of dynamic and static scenes. 5. Integrating collision handling mechanisms for drones with scene elements (ground, obstacles, other drones) with corresponding visual effects. The work was conducted using the Unity 3D game engine for visualization and C# for simulation logic. The development process involved designing JSON-based data structures, creating a user interface with Unity UI components, and developing algorithms for trajectory interpolation and physical interaction handling. A 3D drone model created in Blender was utilized. As a result, a functional drone swarm simulation system was successfully developed and implemented. This system is capable of loading configurable scenes, displaying drone movement along defined trajectories, and visualizing collision events. The created interface allows the user to conveniently interact with the simulation, changing its parameters in real-time. The obtained results demonstrate the effectiveness of the chosen approaches to architecture and visualization, providing a clear representation of complex dynamic processes.

• ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• Введение
• ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
  • Общие положения
  • Актуальность 3D-визуализации в задачах роя дронов
  • Основные этапы 3D-визуализации
  • Уровни детализации визуализации
  • Задачи, решаемые 3D-визуализацией в рое дронов
  • Инструменты и технологии для 3D-визуализации
  • Выводы
• ГЛАВА 2. ФОРМУЛИРОВКА ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ
  • Технические требования
  • Функциональные требования
  • Нефункциональные требования
• ГЛАВА 3. ОБЗОР И ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАРИЯ
  • Технические требования
  • Краткий обзор графических движков
    • Unity
    • Unreal Engine
    • Unigine
  • Сравнительная таблица
  • Обоснование выбора конкретного инструмента
• ГЛАВА 4. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
  • Цель работы
  • Общая постановка задачи
  • Динамическая часть
  • Статическая часть
  • Поведение при коллизиях
  • Сценарий отображения
  • Выводы
• ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ
  • Язык описания сцены
    • Определение мира
    • Параметры объектов
    • Описание траекторий движения
  • Архитектура приложения
    • UIController
    • SwarmUpdater
    • DroneCollisionHandler
    • FreeLookCamera
    • Взаимодействие между модулями
    • Схема модулей и их связей
  • Пользовательский интерфейс
    • Обзор основного окна
    • Панель управления симуляцией
    • Панель выбора сцен
    • Информационные панели и лог
  • Визуализация
    • Создание 3D-модели дрона и её интеграция в Unity
    • Статическая сцена
    • Отображение движения роя
    • Коллизии
• ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ЭКСПЕРИМЕНТЫ
  • Описание экспериментальной среды
  • Методы оценки и критерии
  • Результаты тестирования роя дронов
    • Поведение роя в различных условиях
    • Обработка столкновений и реакции
  • Производительность и оптимизация
  • Анализ результатов
  • Заключение по результатам экспериментов
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ