基于EPX的气垫船驾控模拟器视景系统仿真研究

摘要

视景仿真系统作为气垫船驾控模拟器的一个必不可缺的组成部分,要求能够真实的、直观的显示出气垫船在场景中航行状态。需要合理利用资源,构建出一个符合性能标准的视景仿真系统。本文根据气垫船模拟器的实际需要构建了气垫船的视景系统,并基于建立过程中的实际问题,对碰撞检测技术和地形匹配算法进行了进一步研究。
　　对于地形匹配,借鉴履带式车辆的六点匹配算法,在四点匹配算法上进行改进,利用五点匹配算法进行地形的匹配。对气垫船进行刚体简化,并且选取包括中心在内的五个关键特征点对这个刚体进行离散简化。对这五个点分别进行高程数据的计算,然后从中选取三个匹配点确定气垫船的姿态平面。这种算法解决了四点匹配算法中,气垫船对地形的切割问题。在海面上使用三点匹配算法,用简单的算法达到气垫船的海面匹配问题。
　　视景系统中,碰撞检测是一个重要的组成部分,其准确性和实时性至关重要,尤其对于操纵模拟器。本文根据视景系统的碰撞检测特点,利用基于线段的碰撞检测。在气垫船围裙的外围布置一圈碰撞检测线段,对围裙进行拟合,方便的排除掉不可能发生碰撞的物体。在发生碰撞时,利用二分法,对被检测到的碰撞检测线段进行实时分割及重新布置。通过确定一个阈值作为停止分割的临界条件来确定是否停止分割。分割停止后,取最后被分割的线段中点作为碰撞检测点。在碰撞响应方面,对气垫船进行区域划分,分别对每个区域进行碰撞面积和碰撞方向的计算,使得计算简单,减少了系统的运算负荷。
　　为了模拟海洋中的海浪,对几种海浪谱进行了分析,并在基于海浪谱的基础上进行海浪的模型建模。最后运用FFT变换实现了海浪的模型建立,并生成了实时的海浪。

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第1章 绪论

1.1 船舶驾控模拟器概述

1.2 论文的研究背景和意义

1.3 船舶驾控模拟器的国内外研究状况

1.4 海洋环境仿真的国内外研究现状

1.5 论文的主要研究内容

第2章 气垫船驾控模拟器视景系统

2.1 视景分系统

2.2 视景仿真软件设计

2.3 三维场景的构建

2.4 本章小结

第3章 地形高程数据的反馈及地形高程计算

3.1 EPX地形参数反馈

3.2 地形匹配算法研究

3.3 气垫船与地形的匹配算法

3.4 气垫船与海面的匹配算法

3.5 本章小结

第4章 EPX中的碰撞检测及反馈

4.1 EPX碰撞检测方法概述

4.2 基于二分法的碰撞检测线布置

4.3 EPX系统中碰撞检测结果分析

4.4 本章小结

第5章 三维海洋环境的仿真实现

5.1 基于海浪谱的海浪模型建立

5.2 基于FFT的海浪模型建立

5.3 基于EPX的三维海浪生成

5.4 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科研成果

致谢