基于Java3D的航海模拟器三维视景显示技术的研究

摘要

功能完备的大型航海仿真系统已成为航海教学和培训的一种非常有效的实践方式和手段，但由于系统开发周期较长、使用周期有限、花费和维护成本较高等方面原因，限制了其应用；而且随着入学学生数量的逐年增加，难以保证学生和船员有足够的学习和训练时间。 近年来，基于Web的仿真由于具有使用简单和访问量大的优势而受到越来越多的关注。目前，基于Web的仿真在国内外许多领域都有所突破，但迄今为止，采用Java3D开发的网络版航海模拟器尚未见报道。作者就此方面进行了探讨和研究。 本文对采用Java3D开发航海模拟器视景系统的几个主要模块的技术细节以及它们在Java3D中的实现方案进行了较深入的研究，这些模块包括港口和船舶模型的读取，天幕效果，日光效果和海浪效果；本文还针对Java3D程序的运行效率进行了探讨，得出了一些结论。此外，为了保证程序的易调试性和一贯性，本文还对几个本身不属于视景系统但与视景系统有直接关联的模块进行了探讨，这些模块主要包括航行数学模型和船舶摇荡。 在上述研究工作的基础上，作者实现了一个基本的基于Java3D的航海模拟器视景系统。只要将程序文件和模型文件按照一定的结构关系置于Apache服务器上，就可以在局域网计算机的浏览器窗口里运行航海模拟器程序。由于采用了纯Java语言编程，此程序可以脱离浏览器和跨操作系统运行。鉴于Java3D有许多优良特性，本课题的研究还为将来有可能进行的大型航海模拟器向Java3D平台的移植提供了参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的提出和研究现状

1.2基于Web的仿真系统的开发方案

1.3 Java3D与三维技术

1.4论文内容的组织和安排

1.5论文中使用的缩略写法一览

第2章与航海模拟器视景系统设计相关的Java3D技术

2.1 Java3D简介

2.2构建场景图

2.2.1场景图

2.2.2能力位

2.2.3组节点

2.2.4行为

2.3基于程序运行效率的考虑

2.3.1背面剔除

2.3.2隐藏面消除

第3章航海模拟器视景系统设计过程中的重难点问题

3.1模型的读入

3.2海浪效果

3.2.1不规则长峰波的数学模型

3.2.2不规则长峰波模型的实时生成

3.2.3纹理映射技术

3.3航行数学模型

3.4天幕效果

3.5日光效果

3.6摇荡效果

第4章程序实现细节及效果展示

4.1全部模块一览

4.2主程序类(Simulator)

4.3环境光类(Ambient)

4. 4日光类和日光行为类

4. 4. 1日光类(Sun)

4.4.2日光行为类(SunBehavior)

4.5天幕类和天幕行为类

4.5.1天幕类(Sky)

4.5.2天幕行为类(SkyBehavior)

4.6海面参数枚举类、海面类和海面行为类

4.6.1海面参数枚举类(WaveParameters)

4.6.2海面类(Sea)

4.6.3海面行为类(SeaBehavior)

4.7航行转向类、航行位移类和航行行为类

4.7.1航行转向类(SailRotation)

4.7.2航行位移类(SailTranslation)

4.7.3航行行为类(SailBehavior)

4.8港口模型信息类、港口信息库类和港口类

4.8.1港口模型信息类(Model)

4.8.2港口数据库类(PortDatabase)

4.8.3港口类(Port)

4.9摇荡类(Swing)和摇荡行为类(SwingBehavior)

4.10船舶模型类(Ship)

4.11视点类(Observer)

4.12程序运行方式及运行效果展示

第5章结论与展望

5.1全文工作总结

5.2对进一步研究的展望

参考文献

致谢

研究生履历