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Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

发布日期:
2025-11-19

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自2021R2发布以来,Speos可以管理包括时间在内的仿真模拟,可以应用于系统传感器,激光雷达和相机。在2024R2中,这个概念也被扩展到光源,通过定义一个时间轴输入到Surface Source中,模拟光源的频闪特性。以下是如何为系统传感器和光源使用时间轴特性的工作流。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧


几何体的运动轨迹




为了逼真地模拟运动模糊和滚动快门效果,必须考虑物体的运动。这包括了场景中物体运动的速度,轨迹,以及它们如何与光和传感器相互作用。通过Speos LightBox功能在场景中对移动对象进行建模,LightBox能够使分配的对象拥有一个运动轨迹。 LightBox可以在相对XYZ坐标中存储网格几何形状和光源,是一种特定的二进制格式,只能由Speos读取,也可以通过密码黑盒进行数据保护。


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如何管理Lightbox




LightBox特性有两个选项:


Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧Export Speos LightBox允许将CAD几何图形转换为LightBox网格体。如果必须保密地共享这些几何图形,可以添加密码保护,输出生成的文件具有. speoslightbox扩展名。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧导入Speos LightBox允许将LightBox文件导入Speos模型。如果文件受密码保护,则在Definition选项卡中有一个特殊的密码字段需要设定输入,以便访问网格几何形状。

以下是LightBox操作步骤:

1. 进入lightsimulation 选项工具> Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧组件选项卡> Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧LightBox >Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧 导出Speos LightBox

2. 在Component节点下的Speos树中创建Lightbox导出项。

3. 选择原点和方向轴系统。

4. 选择几何图形。

5. 选择光源(或不选择光源)。

6. 右键单击导出Lightbox option>以访问Speos网格参数。

7. 在3D视图中按“Compute”计算图标(或右键单击计算)。

8. 在项目的输出文件output file中生成一个. Speoslightbox。

LightBox管理多个CAD几何图形转换。例如,如果要移动的对象是一辆汽车,由车轮、车身和车门几何形状组成,那么所有这些几何形状都可以分组到一个LightBox中。在多辆车的情况下,建议每辆车使用自己的LightBox。

下图展示了创建LightBox的全过程。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

导入LightBox的过程:

1. 进入lightsimulation 选项工具> Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧组件选项卡>  Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧LightBox > Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧导入Speos LightBox

2. 选择在前面的“导出LightBox”操作中生成的.speoslightbox。

3. 定义原点轴系统。

4. [Trajectory file]导入JSON轨迹文件。JSON轨迹文件的生成将在以下讲述如何生成和管理。

5. 按“计算”。

6. 在inverse仿真模拟中,可以在geometry选项下,选择simulation模拟树> Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧组件节点> Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧导入LightBox,则所有的网格数据都被列出,可以选择作为Speos模拟的几何形状。

注意:建议选择与物体开始移动的位置相对应的轴。如果需要,可以生成一个新的轴系统。

下图展示了导入LightBox并加载Trajectory file 运动轨迹文件的全过程。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

如何生成和管理Trajectory轨迹文件



生成轨迹曲线主要有两个步骤:创建轨迹CAD样条曲线,创建一个包含轨迹坐标和物体速度的JSON文件。JSON文件是通过Python脚本生成的。

首先创建轨迹样条:

1. 进入草图Sketch模式。

2. 选择«Spline»样条曲线工具。

3. 在“选项选择”中,确保“自动合并”未激活。

4. 一定要画很多点,这样调整样条会更容易。

5. 一旦样条被创建,建议将它移动到一个命名为“Trajectory”组件,用来存储所有的轨迹曲线,方便数据管理。

6. 重新命名样条曲线的名字。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

其次创建一个JSON轨迹文件。

1. 打开“设计”选项卡中的“脚本”。

2. 复制并粘贴Ansys文档中的Python脚本到脚本编辑器中。

3. 确保注释好标题中的所有行-要同时注释多行,请使用“ctrl + k”键盘快捷键。

4. 确保脚本可以找到正确的安装bin文件夹路径—在标准安装的情况下,只需更改v2XX, v241 = 2024R1。

5.具体的脚本内容可以在Speos user guide找到。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

6. 保存为“Trajectory.py”

7. 运行脚本。

7.1  运行脚本会有如下请求输入的信息:选择参考起始坐标,选择运动样条线,输入选项下的运动速度和采样点的个数。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

7.2 脚本将对每个采样位置计算,可以通过查看3D视图来跟踪进度。坐标系统是在3D视图中移动的。

7.3脚本的输出是一个.json文件。

7.4它保存在项目文件夹中。

7.5 JSON文件由时间戳和沿轨迹的坐标系位置和方向组成。下面的文本块描述了脚本生成的轨迹JSON文件结构:

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧


最后将轨迹JSON文件链接到移动对象:

1. 编辑想要移动的导入LightBox

2. 在“轨迹文件”中导入.json文件。确保应用在移动对象上的轴系统方向与用于样条生成的方向相同。否则,灯箱的轨迹将使网格体向错误的方向移动。

轨迹JSON文件有一个开始和一个结束,Moved Lightbox将在JSON文件中的最后一个时间戳位置停止移动。

传感器的运动



激光雷达通过其旋转和扫描类型考虑时间。这两种类型都需要作为输入扫描和旋转序列文件来管理收发器(Tx)波束方向。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧激光雷达扫描和旋转模型也可以随着时间的推移而移动,就像Lightbox几何形状一样,通过链接JSON轨迹文件作为输入参数。下图显示了输入参数在LiDAR模型定义中的位置。

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激光雷达仿真,在光学仿真>仿真>系统中找到,包含一个时间轴特征。一旦激活,就可以访问开始时间和结束时间。注意:LiDAR(Timeline或非Timeline)仿真与CPU和HPC兼容。


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Camera也在模型和仿真定义两个层面考虑时间。在Light Simulation > Sensors > System中,Camera Model将以秒为单位定义的积分和滞后时间作为输入。

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相机传感器模型也可以在Speos模拟中随时间移动,就像Lightbox几何图形一样,通过链接一个轨迹.json文件作为输入参数。

逆向模拟,用于相机传感器,并在光模拟>模拟中找到,包含一个时间轴特征。一旦激活,就可以访问开始时间。逆向模拟时间轴仿真兼容CPU、GPU和HPC。

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光源的时间线



如何建立一个考虑时间方面的光源模型,从2024R2版本开始,Surface Source将受益于时间轴特性。光源的通量可以按照自定义模式随时间变化。该模式由嵌入到JSON文件格式中的离散值组成。用Surface Source输入的JSON文件格式与用于移动几何图形的JSON文件格式不同。用于Surface Source的JSON文件的结构在Speos User guide中有详细说明。

JSON文件可以通过几种方式生成:

手动模式通过直接编辑JSON文件或使用excel先格式化数据。JSON文件可以手动编辑,因为该结构非常容易处理。下图说明了该文件的结构。

Ansys Speos Timeline 运动轨迹使用技巧

编写脚本:通过从输入创建JSON文件。Speos用户指南提供了一个脚本示例,说明如何设置用于信号生成的脚本。这个例子必须启动到Speos界面,因为它依赖于Speos图形用户界面API。下面是详细说明所需输入的表格:

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为了便于理解Surface Source的时间轴特性,例如想实现一个矩形模式,如下所示:

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如何在Surface Source中设置时间轴参数:

1. 生成一个surface source。

2. 在定义>选项>时间轴。

3. 导入按照前面的建议/指导创建的.json文件,光源时间轴仅与逆仿真时间轴兼容。

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总结




通过Timeline的设定,可以将Speos的仿真应用到具有运动效应的仿真验证中, Speos  camera传感器允许考虑场景动态和相关效果,例如卷帘快门和运动模糊,camera传感器采集可以感知到的另一个效应是光源通量的时间变化 LED 闪烁,在inverse仿真中,激活timeline,可以使的运动效应仿真成为可能。

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