虚拟现实技术在船舶交通流仿真中的应用研究

摘要

快速发展的航运业给港口航道的通过能力、组织调度也提出了更高的要求，由此带来一系列的航道拓宽及加深等新的课题。航道的拓宽不仅涉及到航道工程方面的问题，同时也涉及到航道通过能力、船舶交通流的组织方式以及航道通航安全等方面的问题。因此，在研究船舶交通流模型和航道特征的基础上，合理的设计适合主航道特征的通过能力理论计算模式，并利用现代仿真技术进行航道通过能力的仿真显得非常的必要。
　　 在建模软件中，由MultiGen公司开发的三维建模软件MultiGen Creator开发的模型具有逼真度高、资源消耗少并能实时更新等优点，且能满足不同的实时交互应用程序设计。因此，本文选用MultiGen Creator进行三维建模，并以船舶、港口建模为例对建模方法进行了说明。在建模过程中，首先探讨了利用卫星数据进行港口的地形建模，并使用TCT(Terrain Culture Triangulation)算法进行地形转换，这样可以使模型具有逼真的河流、海域等地形特征。但是受限于获取的数据精度等问题，后期利用CAD及等特征数据对模型进行修正，以建立适合仿真的模型对象。
　　 其次，对虚拟现实仿真软件Vega的仿真原理及方法进行了研究，结合港口航道船舶交通流的特点，利用建立的船舶、港口的Open Flight文件，以国内某港口为例进行了仿真。本文以Visual C++提供的MFC为框架，充分结合MFC与Vega的优势，设计、开发了一个船舶交通仿真系统。在这个仿真系统里，实现了海洋、波浪、天空、浮云、光照等环境特效。在仿真时，通过对以上特效的有序组合、利用，可以实现船舶在不同能见度、不同海况下的航行仿真。同时，还可以对船船的初始位置、运动速度、运动轨迹及观察视角等进行调整，通过这些调整来实现对不同交通状况的仿真，体现出较好的人机交互性。
　　 本文最后结合船舶交通的特点，利用设计的仿真软件对港口交通进行了模拟。对于船舶交通模拟，以数值模拟和二维模拟的研究居多，本文探讨了用三维的方法对船舶交通进行模拟仿真，达到了较高的逼真度。
　　 在上述研究中发现，船舶交通三维虚拟现实仿真在交互性、实时性、逼真度、快速性等方面有着明显优势，可以为航道拓宽、港口建设等提供决策依据，还可以利用碰撞检测实现事故回放等。