五自由度运动平台的实时视景仿真研究

论文摘要

目前,国内外对船舶在理论上已经有了比较系统的研究,同时在工程上也已经有了很多的试验方法,其中最主要的试验方法是水池试验法,但此方法存在着一些问题。首先海试场所要求高,不方便研究;二是需要耗费大量的人力物力。为了解决这一问题,建成实验室的运动平台的是非常必要的。它不但可以加快研制开发的速度,而且可以降低开发成本。本文的五自由度运动平台正是基于此而建成的,它能够很好的模拟船舶的三个转动自由度和船舶上平台的两个自由度的运动。虚拟现实技术的发展并用于船舶平台的研究中,方便了我们研究船舶在海浪中的运动。它可以很好的模拟现实的船舶运动和海洋环境,使用户产生身临其境的感觉。目前国外许多国家如美国、丹麦都已经先后建立了航海仿真实验室,并成功的应用于海员训练,我国的这类实验室也处于发展中,并有了很大的进展。本文主要从虚拟现实技术的角度出发研究了在不同海况下船舶及船舶的上平台一共五个自由度的运动。首先对船舶运动进行数学建模,研究了船舶在一定海况条件下不同的运动状态,通过已有的公式推导出最简的结果,并对其进行matlab仿真;然后采用MultiGen公司的视景仿真软件Creator结合Vega建立了船舶及船舶上平台的三维模型以及一个较真实的海洋仿真环境,最后在VC环境下调用Vega的API函数编写了船舶运动的实时视景仿真程序。整个系统可以较真实的实时的反映船舶在一定的海况下的运动情况,对船舶及上平台运动的进一步研究有着积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关技术的国内外发展及研究现状
• 1.2.1 虛拟现实的发展及现状
• 1.2.2 虛拟现实技术在航海仿真中的应用
• 1.2.3 五自由度运动平台的研究背景、用途及研究意义
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 船舶在海浪中的运动
• 2.1 海浪仿真模型
• 2.1.1 风浪谱密度
• 2.1.2 海浪曲线仿真
• 2.2.船舶运动模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 可视化建模软件Multigen Creator及模型的建立
• 3.1.MultiGen Creator介绍
• 3.2.三维模型的制作过程
• 3.2.1 虛拟场景建立步骤
• 3.2.2 五自由度运动平台的制作
• 3.2.3 船舶和船舶上平台的实体建模
• 3.3 建模关键技术
• 3.3.1 消隐技术和纹理映射技术
• 3.3.2 LOD技术
• 3.4 DOF技术
• 3.5 本章小结
• 第四章 Vega实时三维视景仿真
• 4.1 Vega开发工具
• 4.1.1 Vega开发工具简介
• 4.1.2 Vega应用程序的实现框架
• 4.1.3.Vega API函数
• 4.2 在Vega中实现船舶运动的实时视景仿真
• 4.2.1 设置ADF文件
• 4.2.2 添加海洋动态效果
• 4.3 基于VC++6.0的Vega船舶运动仿真程序
• 4.3.1 Vega应用程序的基本框架
• 4.3.2 船舶仿真系统功能模块
• 4.4 船舶视景仿真效果实现
• 4.4.1 不同纹理,亮度,和雾化效果对比
• 4.4.2 视点切换实现效果
• 4.4.3 DOF节点的控制
• 4.4.4 碰撞检测技术
• 4.5 本章小结
• 第五章 数据通信模块
• 5.1 数据通信方式
• 5.1.1 通过串口或并口进行传输
• 5.1.2 通过USB线传输
• 5.1.3 通过网线传输
• 5.2 实时通信模块
• 5.2.1 TCP/UDP协议
• 5.2.2 Socket编程
• 5.3 本章小结
• 第六章 船舶运动实时视景仿真
• 6.1 多线程编程技术
• 6.2 线程同步
• 6.3 主程序
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 论文总结
• 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文