气垫船模拟器视景系统开发研究

摘要

论文工作基于“xxx气垫船模拟器”研究开发气垫船模拟器视景系统,目的在于合理配置软硬件资源,构建出符合性能标准的视景系统。本文研究了建立气垫船模拟器视景系统的方法,并基于建立过程中的实际问题,进一步探索视景系统中海洋环境仿真技术,研究了海浪数值模拟方法和气垫船兴波模型,最终通过渲染初步完成了海洋场景模拟的程序。
　　 论文主要工作如下:
　　 1)运用Creator建立视景系统所需的三维模型数据库,通过VegaLynx界面将其调入场景中得到adf文件,随后在程序中调用相关Vega API函数实现对三维场景的驱动和渲染,生成可执行文件,从而完成气垫船模拟器视景系统的构建。
　　 2)研究远海海浪数值模型的建立方法,分别基于P-M海浪谱和Perlin噪声函数建立海浪的数值模型,对二者显示效果进行比较,将其按一定比例迭加建立远海海浪的数值模型。该数值模型运算速度快且真实度高。
　　 3)研究气垫船兴波远场波形的计算方法:依据伯努利方程和边界条件得到兴波波高程是关于速度势的函数,应用格林函数方法对速度势进行求解,将波高程转化为单积分项,最后借助单位TENT函数实现求解。将所得到的气垫船各种航速下的外场兴波波形与已有的试验结果比较,吻合度较好。
　　 4)在上述工作基础上,利用DirectX对所建立的波浪模型进行渲染,得到具有交互式界面的海浪模拟程序,该程序能够较真实模拟不同海况下的远海波浪和气垫船在不同行驶状态下的兴波。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 气垫船概述

1.2 课题研究的背景及意义

1.3 船舶操纵模拟器视景系统的标准

1.4 船舶模拟器视景系统国内外研究现状

1.4.1 船商公司NT-PRO 4000型船舶操纵模拟器

1.4.2 上海海事大学360°环幕全功能航海模拟器

1.5 海洋环境仿真国内外研究现状

1.6 论文的主要研究内容

第2章 气垫船模拟器视景系统

2.1 模拟器视景系统开发环境

2.1.1 图形处理平台

2.1.2 三维建模软件Multigen Creator

2.1.3 实时仿真开发软件Vega

2.2 三维模型数据库的建立

2.2.1 Creator三维建模关键技术

2.2.2 气垫船模拟器视景系统模型数据库组成

2.2.3 三维物体模型建立过程

2.2.4 大场景地形模型建立过程

2.2.5 三维模型数据库优化

2.3 视景系统的实现

2.3.1 LynX使用步骤

2.3.2 Vega API函数类库简介

2.3.3 Vega扩展模块

2.3.4 Vega应用程序结构

2.4 气垫船模拟器视景系统效果展示

2.5 本章小结

第3章 远海海浪的实时建模

3.1 远海海浪的数值模型建立方法

3.1.1 计算流体力学方法

3.1.2 基于海浪谱的方法

3.1.3 几何造型方法

3.1.4 基于分形几何的方法

3.2 基于P-M海浪谱和方向谱的海浪模型

3.2.1 P-M海浪谱

3.2.2 方向谱

3.2.3 波高迭加公式

3.2.4 波高计算程序

3.3 基于Perlin噪声函数的海浪模型

3.3.1 噪声函数

3.3.2 Octave函数(倍频函数)

3.3.3 Octave函数迭加

3.3.4 波高计算程序

3.4 海浪数值模型

3.5 本章小结

第4章 气垫船兴波的波浪模型

4.1 数学模型的建立

4.2 速度势的求解

4.2.1 Green函数方法

4.2.2 空间单位点源的兴波速度势

4.2.3 源汇强度

4.3 波高的计算

4.3.1 单积分项的计算

4.3.2 单位Tent函数(帐篷函数)

4.3.2 波高程公式数值计算

4.4 气垫船兴波波形计算程序

4.5 数值模型正确性的验证

4.6 本章小结

第5章 海洋场景的实现方法研究

5.1 交互式界面

5.1.1 风级、风速与波高

5.1.2 海浪波高控制界面

5.2 网格划分方法

5.3 Direct 3D程序结构

5.3.1 创建和初始化对象

5.3.2 创建场景

5.3.3 矩阵变换

5.3.4 设置光照、材质和纹理

5.3.5 渲染和显示场景

5.3.6 清除对象

5.4 海浪渲染关键技术

5.4.1 C++语言面向对象技术

5.4.2 视点变换

5.4.3 投影网格法应用

5.4.4 文件模型的绘制

5.4.5 顶点缓冲和索引缓冲

5.5 海洋场景实现程序

5.6 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