基于OpenGL的海浪与船舶运动虚拟仿真研究

摘要

利用虚拟现实技术分析研究海浪以及船舶的各种运动，已经成为一种新的、更胜于传统的物理仿真与实验的研究方法。本文利用这一技术研究海浪与船舶运动，并构建三维虚拟场景模拟海浪及船舶的纵摇、横摇和升沉运动。
　　首先对课题研究过程中所涉及的相关技术发展进行了简要介绍，包括海浪、船舶运动建模和虚拟现实技术的国内外研究状况和进展。
　　其次，从海浪的随机性和复杂性的角度出发，对海浪运动中的规则波、不规则波进行了分析，采用基于P-M海浪谱的海浪建模方法建立了海浪运动的数学模型;通过海浪谱公式获取某一风速下的频率、波幅等参数值，以实现固定风速下的海浪仿真，并通过matlab的数值仿真实验验证了模型的正确性。
　　然后，通过对规则波下的船舶纵、横摇和升沉运动的受力情况的分析，建立了基于二阶模型的船舶运动模型，利用线性叠加原理得到船舶在长峰波下的纵、横摇和升沉运动响应。根据建立的横摇、纵摇和升沉运动微分方程，求解出相应的横摇角、纵摇角和升沉量，采用matlab软件进行了数值仿真和验证。
　　最后，在VC环境下，结合OpenGL技术构建了一个符合海浪运动规律的虚拟海洋环境的网格模型，并添加纹理渲染，实现海洋的三维虚拟仿真。然后在海浪网格模型的基础上对船舶的纵、横摇及升沉运动进行了计算与仿真，比较真实地模拟了不同海况下船舶的摇摆运动。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 海浪建模与仿真

1．2．2 船舶的运动

1．2．3 虚拟现实仿真技术

1．3 论文结构安排

第二章 海浪运动建模

2．1 规则波

2．2 不规则波

2．2．1 长峰波

2．2．2 短峰波

2．3 海浪谱

2．4 海浪的数值仿真

2．5 本章小结

第三章 船舶运动建模

3．1 坐标系

3．2 船舶运动

3．2．1 横摇运动

3．2．2 纵摇和升沉运动

3．3 航速和航向对摇摆运动的影响

3．4 船舶摇摆运动数值仿真

3．5 本章小结

第四章 虚拟现实仿真

4．1 OpenGL简介

4．1．1 OpenGL功能

4．1．2 OpenGL基本工作流程

4．1．3 OpenGL函数库

4．2 Windows系统中OpenGL的使用

4．3 船舶运动的仿真实现

4．3．1 海浪场景的绘制

4．3．2 船舶模型的导入

4．3．3 船舶摇摆运动

4．4 本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢