论文摘要
如何实现船舶姿态和航线控制,使之安全准时到达目的港口,成为人们迫切需要解决的问题。为此,人们对海上船舶运动控制进行了一系列的探索,而随着电子计算机技术的迅猛发展,使我们采用虚拟现实技术来对船舶海上运动姿态和航线进行研究提供了有效手段。本文正是基于虚拟现实技术以实现海上特别是深海域内船舶姿态与航线的仿真显示模拟,首先,本文论述了船舶发展概况,介绍了仿真应用中采用的视景仿真技术、三位建模技术、动画生成技术和实时视景生成及显示技术,概括了虚拟现实技术的发展历程和方向。其次,本文对系统建立的软件平台工具进行了较详细分析。在系统建立过程中,应用3DS MAX软件进行三维几何对象建模,用photoshop进行纹理加工,进而产生逼真的船体模型。考虑到系统采用Visual Studio.net编译环境以及结合D3D三维图形库进行开发,故对VC++、COM等进行了简要的说明,而对D3D框架进行了详细的分析以期为系统开发做好充分的准备。再次,为构建逼真的虚拟海上环境,本文着重对海浪算法进行了较详尽的分析与设计,提出采用正余弦波叠加生成算法、iWave互动模型两种算法并对后一种算法进行了改进,使之产生带卷浪的效果,随后对该两种算法的优劣进行了比较。最后,对船舶运动整体模型进行了简要分析,着重对分离型船舶运动算法模型:MMG进行了较详细分析和探讨,尤其对该算法所涉及参数计算问题给出了相应的计算方程。随后本文依据MMG模型,提出了一套系统仿真整体解决方案并给出船舶运动姿态实时显示结果。
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摘要Abstract第一章 引言1.1 项目背景及课题来源1.2 船舶发展历史回顾1.3 船舶海上运动概述1.4 仿真概述1.4.1 概念的提出1.4.2 仿真的分类1.4.3 仿真的一般过程1.4.4 仿真的应用1.4.4.1 视景仿真技术1.4.4.2 三维建模技术1.4.4.3 动画生成技术1.4.4.4 实时视景生成和显示技术1.5 虚拟现实技术简介1.6 研究目的1.7 本人的主要工作第二章 系统环境及原理2.1 3DS MAX简介2.1.1 3DS MAX的优点2.1.2 3DS MAX三维建模方法概述2.1.3 3DS MAX文件格式处理2.2.NET框架概述2.3.NET结构2.4 VC++.net及其创建过程2.5 Com接口概述2.6 了解directX2.6.1 directX概述2.6.2 Direct3D起源2.6.3 Direct3D的实现2.6.3.1 保留模式概述2.6.3.2 立即模式概述2.6.4 Direct3D渲染引擎2.6.5 Direct3D文件格式2.6.6 Direct3D框架解说2.6.7 3D坐标系的设定2.6.8 D3DX图形操作函数小结第三章 水波算法分析与设计3.1 水波叠加模型的提出3.2 水波互动模型3.2.1 模型提出3.2.2 垂直导数操作符的计算3.3 添加卷浪3.3.1 算法改进3.3.1.1 Cwave类的设计3.3.1.2 算法分析与设计小结第四章 船舶运动模型分析与设计4.1 船舶运动坐标系设定4.2 基本参数设定4.3 整体型船舶运动数学模型4.3.1 船舶平面运动的基本方程的导出4.3.1.1 船舶中各点速度之间关系4.3.1.2 平移运动方程的导出4.3.2 船舶平面运动模型4.3.2.1 船舶非线性数学模型4.4 分离型船舶运动模型4.4.1 MMG模型x,my,J='>4.4.1.1 计算船舶运动附加质量mx,my,J=H、YH、NH'>4.4.1.2 计算粘性流体动力XH、YH、NHp、侧向力Yp和力矩Np计算'>4.4.1.3 浆推力Xp、侧向力Yp和力矩Np计算R、YR及力矩NR的计算'>4.4.1.4 舵力XR、YR及力矩NR的计算4.5 船舶横摇数学模型4.5.1 船舶线性横摇运动模型4.5.2 船舶非线性横摇模型小结第五章 系统整体方案设计5.1 模型建立5.1.1 模型关键术语5.1.2 模型制作过程5.2 模型处理5.3 模型载入5.3.1 CS3DModel类的设计5.3.2 使用CS3DModal类调入模型5.4 仿真显示系统模型分析5.4.1 舵机模型5.4.2 波浪干扰和力矩模型5.4.3 风速模型计算5.4.4 海流影响5.4.5 船舶横摇模型分析5.4.5.1 船舶非线性横摇模型分析5.4.6 船舶纵摇运动分析5.4.7 船舶运动仿真的实现结论参考文献作者在攻读硕士学位期间发表的论文致谢
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