船舶压缩空气系统虚拟现实的设计与研究

摘要

近年来，世界经济一体化和贸易全球化趋势加剧，世界各地货物广泛流通，航运业正在这一国际环境下迅速发展。航运业的繁荣带动了船舶制造业的发展，船舶的大型化、专业化、自动化和新型化成为船舶领域的发展趋势。但是在船员培训过程中受到实际条件限制，很多学员不能及时接触到新型设备和新技术。轮机模拟器正好可以弥补这一缺陷，而近几年迅速发展起来的虚拟现实技术更是将轮机模拟器推上了一个更高的高度。虚拟现实技术在轮机模拟器上的应用将成为新一代轮机模拟器的发展趋势。
　　本课题以VLCC型船舶的压缩空气系统为研究对象，结合大连海事大学轮机自动化实验室轮机模拟器项目，开发了一套船舶压缩空气系统模拟器及其虚拟现实系统。根据船舶压缩空气系统的实际控制逻辑关系，实现了船舶压缩空气系统模拟器中的控制逻辑，并实现了系统二维仿真软件与系统虚拟现实软件之间交互操作。
　　本课题主要的研究工作有:建立了压缩空气系统数学模型，并用Matlab/Simulink对数学模型进行了仿真验证。基于VC＃编程语言，研发出船舶压缩空气系统的二维仿真程序。制作船舶压缩空气系统的三维模型，绘制系统所需的设备和零部件，并将三维模型进行渲染等优化处理。运用Untiy3D虚拟现实开发平台，完成压缩空气系统三维虚拟场景的漫游，并实现系统的元器件的交互动作。最后，采用UDP通讯协议，实现了二维仿真软件与三维虚拟系统之间的相互通讯。
　　本课题在研究和设计上具有一定的实用性和创新性，对于虚拟现实技术在船舶领域的应用具有一定的指导和借鉴意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 本文的研究目标和内容

1．4 研究方法、技术线路

1．5 本文的章节安排

第2章 系统二维仿真软件开发

2．1 船舶压缩空气系统的简介

2．1．1 压缩空气在船舶上的应用

2．1．2 压缩空气系统设备介绍

2．1．3 活塞式空压机的工作原理

2．2 压缩空气系统的数学模型

2．2．1 活塞式空压机的数学模型

2．2．2 空气瓶的数学模型

2．3 模型计算结果与仿真分析

2．3．1 Matlab软件简介

2．3．2 船舶压缩空气系统模型仿真

2．4 轮机模拟器仿真软件的设计与实现

2．4．1 仿真软件设计

2．4．2 仿真软件实现

2．5 本章小结

第3章 建立船舶压缩空气系统三维模型

3．1 压缩空气系统三维模型的建立流程

3．1．1 3ds Max 2010软件简介

3．1．2 建立系统的三维模型

3．2 船舶压缩空气系统贴图的制作

3．2．1 CorelDraw X6软件简介

3．2．2 制作系统的贴图

3．3 船舶压缩空气系统三维模型的渲染

3．4 本章小结

第4章 系统虚拟现实的实现

4．1 压缩空气系统虚拟现实的关键技术

4．1．1 第一人称视角

4．1．2 摄像机的控制

4．1．3 碰撞检测技术

4．2 Unity3D虚拟现实引擎介绍

4．2．1 Unity3D的基本界面

4．2．2 Unity3D的组件

4．3 船舶压缩空气系统虚拟现实的开发和实现

4．3．1 压缩空气系统三维模型的导入

4．3．2 第一人称组件的添加

4．3．3 交互点动作的实现

4．4 二维仿真软件和三维场景的交互

4．4．1 通讯协议概述

4．4．2 UDP通讯实现交互

4．4．3 二维仿真界面和三维虚拟场景交互的展示

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

研究生履历