基于虚拟现实技术船舶姿态与航线仿真系统设计与实现

摘要

如何实现船舶姿态和航线控制，使之安全准时到达目的港口，成为人们迫切需要解决的问题。为此，人们对海上船舶运动控制进行了一系列的探索，而随着电子计算机技术的迅猛发展，使我们采用虚拟现实技术来对船舶海上运动姿态和航线进行研究提供了有效手段。 本文正是基于虚拟现实技术以实现海上特别是深海域内船舶姿态与航线的仿真显示模拟，首先，本文论述了船舶发展概况，介绍了仿真应用中采用的视景仿真技术、三位建模技术、动画生成技术和实时视景生成及显示技术，概括了虚拟现实技术的发展历程和方向。 其次，本文对系统建立的软件平台工具进行了较详细分析。在系统建立过程中，应用3DS MAX软件进行三维几何对象建模，用photoshop进行纹理加工，进而产生逼真的船体模型。考虑到系统采用Visual Studio．net编译环境以及结合D3D三维图形库进行开发，故对VC++、COM等进行了简要的说明，而对D3D框架进行了详细的分析以期为系统开发做好充分的准备。 再次，为构建逼真的虚拟海上环境，本文着重对海浪算法进行了较详尽的分析与设计，提出采用正余弦波叠加生成算法、iWave互动模型两种算法并对后一种算法进行了改进，使之产生带卷浪的效果，随后对该两种算法的优劣进行了比较。 最后，对船舶运动整体模型进行了简要分析，着重对分离型船舶运动算法模型：MMG进行了较详细分析和探讨，尤其对该算法所涉及参数计算问题给出了相应的计算方程。随后本文依据MMG模型，提出了一套系统仿真整体解决方案并给出船舶运动姿态实时显示结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1项目背景及课题来源

1.2船舶发展历史回顾

1.3船舶海上运动概述

1.4仿真概述

1.4.1概念的提出

1.4.2仿真的分类

1.4.3仿真的一般过程

1.4.4仿真的应用

1.5虚拟现实技术简介

1.6研究目的

1.7本人的主要工作

第二章系统环境及原理

2.1 3DS MAX简介

2.1.1 3DS MAX的优点

2.1.2 3DS MAX三维建模方法概述

2.1.3 3DS MAX文件格式处理

2.2.NET框架概述

2.3.NET结构

2.4 VC++.net及其创建过程

2.5 Com接口概述

2.6了解directX

2.6.1 directX概述

2.6.2 Direct3D起源

2.6.3 Direct3D的实现

2.6.4 Direct3D渲染引擎

2.6.5 Direct3D文件格式

2.6.6 Direct3D框架解说

2.6.7 3D坐标系的设定

2.6.8 D3DX图形操作函数

小结

第三章水波算法分析与设计

3.1水波叠加模型的提出

3.2水波互动模型

3.2.1模型提出

3.2.2垂直导数操作符的计算

3.3添加卷浪

3.3.1算法改进

小结

第四章船舶运动模型分析与设计

4.1船舶运动坐标系设定

4.2基本参数设定

4.3整体型船舶运动数学模型

4.3.1船舶平面运动的基本方程的导出

4.3.2船舶平面运动模型

4.4分离型船舶运动模型

4.4.1 MMG模型

4.5船舶横摇数学模型

4.5.1船舶线性横摇运动模型

4.5.2船舶非线性横摇模型

小结

第五章系统整体方案设计

5.1模型建立

5.1.1模型关键术语

5.1.2模型制作过程

5.2模型处理

5.3模型载入

5.3.1 CS3DModel类的设计

5.3.2使用CS3DModal类调入模型

5.4仿真显示系统模型分析

5.4.1舵机模型

5.4.2波浪干扰和力矩模型

5.4.3风速模型计算

5.4.4海流影响

5.4.5船舶横摇模型分析

5.4.6船舶纵摇运动分析

5.4.7船舶运动模拟仿真的实现

结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢