基于三维可视场景的多目标运动模拟系统的设计与实现

摘要

海图标绘系统是辅助舰船常规航海和作战航海不可或缺的机电一体化设备，不仅能在常规航海作业中拟定航海计划，充分做好出航准备工作，在航行中及时准确地测定航位，进行航迹推算、航行态势显示等，而且还能在作战航海作业中，及时准确的完成各种舰艇机动绘算，为舰艇战术机动和武器装备的使用提供支持和航行安全保证。
　　由于利用模拟器进行训练能够更快更准确地进行人员培训，并能够节省大量训练费用，因此在各行业，尤其是在军事领域中得到了广泛的应用。本文设计的多目标运动模拟系统为航海业务人员提供了能够模拟真实环境的目标及本船运动的仿真平台，能够开展各种基于海图标绘台的航海作业训练，使系泊状态下对船员进行航海综合业务训练更完善；同时，也有利于航海业务流程的改进及海图标绘系统功能的提升。
　　本文采用虚拟现实技术，设计一个多目标模拟器，以此来增进海图标绘系统的人机交互功能的用户体验，并实现辅助航海长进行模拟训练的功能。在多目标模拟器中，一是，可以实现三维场景的漫游，直观的观察船体的周围情况；二是，可以实现在进行模拟训练时，对整个二维场景中的所有船只动态进行观察。并且把目标船体的各个属性信息数据，如航向、航速、当前经纬度等数据，实时的传输到海图标绘系统中，实现标绘台与模拟器的信息交互。
　　首先，本文介绍了海图标绘系统的发展情况，包括国内及国外的发展状况，根据发展状况定出本文的设计方向以及多目标模拟器总体设计方案。
　　其次，本文根据总体方案，针对每个模块所要实现的功能，进行设计。在三维场景模块中，首先利用DEM数据建立数字地形，然后利用在GoogleEarth Pro下载的纹理对数字地形进行纹理贴图形成三维地形；然后，利用3ds Max建立3D目标模型，并导入三维地形中，根据运动数学模型对其进行控制，并利用Unity自带组件实现航迹规划功能；
　　最后，利用CAN总线通信技术实现模拟器与海图标绘台之间的信息交互，并设计测试软件对通信效果进行测试，以及利用Unity内建Network类实现模拟器间的网络通信。利用该模拟器进行仿真实验，以此来验证各个模块的功能实现情况。从实验结果来看，多目标模拟器中的各个功能都能很好的实现，不仅能完成单机模拟训练，而且还能通过多目标模拟器与海图标绘系统之间的CAN总线通信辅助海图标绘系统完成模拟训练的功能，本模拟器达到了设计之初的要求。

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第1章 绪论

1.1 课题的目的及意义

1.2 国内外发展及研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 多目标模拟器的总体设计

2.1 总体方案设计

2.2 总体架构

2.3主要技术叙述

2.4 海图作业标绘系统的基本组成和工作原理

2.5 本章小结

第3章 建立三维漫游场景

3.1 建立三维地形

3.2 目标船只的建模

3.3 三维漫游场景中船舶属性信息的显示

3.4 坐标转换及目标控制

3.5 本章小结

第4章 通信模块的设计

4.1 Can总线的分层结构与报文传输

4.2 CAN总线报文定义

4.3 CAN-bus测试程序的设计

4.4 网络通信

4.5 本章小结

第5章 多目标模拟器的设计与实现

5.1 模拟器交互界面的设计

5.2 系统的仿真实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的研究成果

致谢

附录