船舶操纵模拟器视景生成技术的研究[论文+开题+综述]

第25卷　第2期大连海事大学学报Vo l.25,N o.2 1999年5月Journal of Dalian Maritime University M ay,1999文章编号:1006-7736(1999)02-0022-07航海模拟器视景的研究金一丞,尹　勇,魏　毅,董振宁,陈昌文(大连海事大学航海科学技术研究所,辽宁大连　116026)摘要:在对Op enGL所采用的坐标系及各种变换作了详细地分析和论证的基础上,就建立航海模拟器视景显示过程中的模型视变换阵进行了推导,对OpenGL采用的透视投影变换及透视投影变换阵作了细致地分析与推导,并由此对正确设置视见体参数提出了具体的建议.关键词:航海模拟器;Open GL;计算机成像;模拟器视景分类号:U666.158 文献标识码:A模拟器中的视景,目前几乎无一例外地采用CGI技术,但大多需要在工作站级的环境下得以实现.近年来由于微机性能的迅速提高,尤其是Microso ft将OpenGL纳入Window s NT,而将工作站级的图形带给了Window s.Windo ws NT支持OpenGL加速模式,市场上也出现了不少能对OpenGL加速的图形板,即所谓硬件加速,实际上这种图形硬件中包含三维OpenGL函数功能,Window s N T只是简单地将OpenGL调用直接送至图形硬件,从而大大提高生成三维图形的速度.与作者曾用TM S340系列图形处理器T MS34082三维图形库开发的航海模拟器视景相比,采用OpenGL开发的航海模拟器视景,其质量与更新速率有了大幅度地提高.1　模型变换与视变换严格说来,OpenGL仅对用户提供了一个坐标系:世界坐标系.没有提出视坐标系的概念,也没有一系列设置视参数的方法.至于变换,这里采用了视变换、模型变换、投影变换和视口变换等四种基本变换.视变换改变视点的位置与方向,用相机模拟的概念来解释,也就是对应着将相机置于某一位置上并对准所要拍摄的对象,模型变换将对象的大小改变合适,并置于某一位置和方位上.OpenGL将视变换与模型变换非常紧密地联系在一起,事实上往往是将视变换与模型变换结合组成一个模型视变换阵.这种做法对视景库中的运动物体,例如航海模拟器视景中的目标船尤其方便、快捷.收稿日期:1998-04-25基金来源:交通部重点科研项目(95040313)作者简介:金一丞(1944～),男,教授OpenGL 中由于仅提供一个坐标系,视变换和模型变换都是在世界坐标系中定义的,某一变换既可看成视变换,也可将其考虑成模型变换,这取决于思考问题时哪一种变换更合情理.需要注意的是,对同一种变换,若考虑其为视变换或对应的模型变换,在调用平移、旋转变换函数时的参数符号正好是相反的.事实上,当将变换考虑成模型变换时,参数的正向与数学上的定义相同,如沿x 轴、y 轴、z 轴正向移动物体,参数为正,绕某轴旋转,逆时针方向为正,若将其考虑成视变换,参数的正向正好与上述定义相反.2　投影变换模拟器中视景仅采用透视投影,这里也仅将所述的问题局限在透视投影变换上.OpenGL 调用函数glFrustum ()来定义一个截头四棱台,计算出透视变换阵,并将之与当前投影变换阵(一般为一单位阵)相乘,之后完成三维裁剪.函数glFrustum()共有6个参数:left ,rig ht ,bottom ,to p ,near ,far ,其中left ,right ,top ,bo ttom 和near 定义了截头四棱台前裁剪面左下角点(left ,bo ttom ,-near ),右上角点(right ,to p ,-near )的三维坐标,far 定义了距视点为-far 的远裁剪面.很显然,这里存在着一个问题,即视点的位置,否则无法形成一个顶点在视点的棱锥或截头四棱台视见体.事实上,在完成前面所述的模型变换与视变换过程中,已经创建了一个坐标原点在视点的视坐标系.函数glFrustum ()中的6个参数都是在视坐标系中定义的,记住视点位于该坐标系的原点上,视线沿着z 轴的负向.有些介绍OpenGL 的文章称OpenGL 中的视坐标系采用的是左手系,这是不确切的,分析前面所述的视变换过程,显然没有将右手系变换成左手系,而且,这里用来定义前裁剪面的Z 坐标值为-near ,以及定义后裁剪面的Z 坐标值为-far 便无从解释.从后面的分析中读者还可看到,在将视见体变换成正方体视见体过程中,确实是将右手系变换成了左手系(z 轴反向),但这已是另一个问题,两者是不该混淆的.调用函数g lFr ustum (l ,r ,b ,t ,n ,f )产生一个变换阵RR =2n r -l 0r +l r -l002n t -b t +b t -b000-f +n f -n -2f n f -n0-10按OpenGL 的定义,用上述变换阵将某顶点作变换x ′y ′z ′w ′=Rx y z 1为习惯起见,将上述表达式写成[x ′　y ′　z ′　w ′]=[x y z 1] RT其中23　2期金一丞等:航海模拟器视景的研究 R T=2nr-l000 02nt-b00 r+lr-lt+bt-b-f+nf-n-100-2f nf-n分析变换阵R T可知,该变换阵将视坐标系从右手系变换成左手系,最终将截头棱台视见体变换成正方体视见体,下面对此作详细说明.(1)切变变换将由视点与由近裁剪面构成的四棱锥的中心线与视坐标系中的z轴重合,这就允许在使用g lFrustum()定义视见体时,可以是不对称的.切变变换阵为R shear=1000 0100 r+l2nt+b2n10 0001 (2)变比变换将视见体从一般的对称视见体变换成正四棱锥视见体.其变换阵为R scale=2nr-l000 02nt-b00 0010 0001 (3)将Z坐标反向,其变换阵为R z-reverse=1000010000-100001 (4)将正四棱锥视见体变换成正方体视见体,其变换阵为R cubic=1000 010000f+nf-n1 00-2f nf-n完成将正四棱台视见体变换成正方体视见体的变换,将齐次坐标转换成笛卡尔坐标后,正方体视见体的边界方程为:-1≤x≤1　-1≤y≤1　-1≤z≤124大连海事大学学报25卷　与大多数图形系统不同的是,这里将前、后裁剪面分别变换成z =-1和z =1两个平面,而不是变换成z =0和z =1两个平面.这一点与TM S34082三维图形库中所采用的方法是相同的.为了说明这一点,分析下面等式,因为z ′=(-f +n f -n )z -2f nf -n用z =-f 代入上式得z ′=f .注意到z ′是其齐次坐标值,对应的笛卡尔坐标值为f /-f=-1,也即z =-1的平面.同理用z =-n 代入上式,可知上述变换将后裁剪面变换至z =1的平面.用上述变换阵R 对顶点进行变换,顶点齐次坐标表达式中的第四项w ′为-z ,将对应的x ′,y ′分量分别除以-z ,则为该顶点的x ,y 笛卡尔坐标值,这一过程正好完成了透视投影变换.这里还有一点需要说明,OpenGL 不设置投影面至视点的距离,事实上,OpenGL 将近裁剪面同时也用作投影面.3　航海模拟器视景生成中的变换从前面分析可知,OpenGL 中的变换采用了模型变换、视变换、投影变换这样一种模式,其中模型变换、视变换还可以归结为模型视变换(M odel View tr ansfor matio n).如果将视景库中的物体看成已经在世界坐标系中“固定”的物体(对运动物体,在采样时刻位置确定后,也可看成固定物体),那么上述变换仅仅由视变换与投影变换组成.正确、简捷地完成视变换与投影变换,合理地设置视参数是关键.鉴于在利用T MS34082三维图形库生成船舶操纵模拟器视景中所获得的成功经验,还使用相同的参数设置方法,仅对某些与OpenGL 函数所要求的参数形式不同的部分作相应的修改.比较粗略地分析,我们在使用TM S34082三维图形库时,位置数据都是以在世界坐标系中定义的VRP(视参考点)为参考的,而在OpenGL 中则是以在世界坐标系中定义的COP(投影中心或视点)位置为参考的,只要找出这两者的关系,各参数之间的对应关系也都可以方便地得以转换.3.1　基本假设驾驶员站在驾驶台中某一位置,视线方向与船舶中心线保持一致,投影平面设置在驾驶台前窗外与船舶中心线垂直的某一平面上.由前面的分析可知,OpenGL 中投影平面与近裁剪面重合,这样,这里设置的投影平面就是截头四棱台视见体中的近裁剪面.为分析问题简单起见,暂不考虑本船的纵摇和横摇,也不考虑驾驶员视线的偏转.事实上,要考虑上述因素时,只要将3.2.1中所述的视坐标系各对应轴作对应的旋转变换即可.世界坐标系的x 轴指向正北,z 轴指向正东.3.2　模型视变换阵的推导3.2.1　建立U ,V ,V PN 右手直角坐标系,视坐标系(1)由本船航向角 可计算出VPN 矢量为:VPN (-sin ,0,-cos );(2)U 与VPN 垂直,可取为:U (co s ,0,-sin );(3)V 取为V (0,1,0),U ,V ,VPN 构成右手系.这是出自这样一种考虑,U ,V 分别与屏幕坐标系中的x 轴、y 轴相对应,坐标原点设在屏幕左下角,x 轴指向右,y 轴指向上.VPN 与U ,V 构成右手系时可看成VPN 逆着视线方向指向屏幕外侧.显然,这种定义方式与一般图形系统选择左手系不同,与使用T MS34082三维图形库生成航海模拟器视景时采用的右手系也不同.25　2期金一丞等:航海模拟器视景的研究 3.2.2　模型视变换阵如本节开始所述,航海模拟器中视景生成采用物体固定和视点视线变动的方式来考虑问题较为方便.这样对固定物体,模型变换阵为一单位阵,视变换阵则由平移变换阵与旋转变换阵相乘所得.设船舶中心位置为(x ship,y s hip,z ship),视点距船舶中心位置的偏移量为d x,d y,d z.注意,这里的d x,d y,d z是在船舶坐标系中定义的.由U,V,VPN视坐标系的定义可知,视坐标系与船舶坐标系的对应坐标轴的关系为是,船舶坐标系以船首尾线正前方为y s轴正向,x s轴正向指向右舷,z s正向指向天空.视坐标系是,VPN平行于y s,正向相反,V轴平行于z s,正向相同,U轴平行于x s轴,正向相同.视坐标系的原点在视点,船舶坐标系的原点在船舯,用下式可以将d x,d y,d z转换成视点距船舶中心位置的偏移量在世界坐标系中的表达式d x′=d x sin +d y cos d z′=d y sin -d x cos d y′=0视点在世界坐标系中的位置可以表达为COP(x ship+d x′,y ship+d y′,z ship+d z′)由此可得出(1)平移变换阵T=100001000010 -(x ship+d x′-(y ship+d y′)-(z ship+d z′)1 (2)旋转变换阵R=-sin 0-cos 0 0100 cos 0-sin 00001 (3)模型视变换阵TR=-sin 0-cos 0 0100co s 0-sin 0 -(x ship+d x′)-(y ship+d y′)-(z ship+d z′)1OpenGL中采用的模型视变换阵为上述矩阵的转置T R T=-sin 0cos -(x ship+d x′) 010-(y ship+d y′) -co s 0-sin -(z ship+d z′) 0001对运动物体,例如某一艘运动目标船,在某一采样时刻其物体坐标系的原点在世界坐标系中的位置为(x obj,y obj,z obj),航向为 ,则可用下列变换阵26大连海事大学学报25卷　将运动目标船的各顶点坐标转换到世界坐标系中,然后再用TR 阵进行视变换.事实上对运动物体可以先将T L -W 阵与T R 阵相乘得到一个合阵,用该合阵将定义在运动目标物体坐标系中的顶点坐标直接变换到视坐标系中,其间的运算减少将近一半.3.3　视见体参数的设置近裁剪面(也即投影面)与视点的距离为d near ,远裁剪面至视点的距离为d f ar ,近裁剪面的宽为W x ,高为H y .这里W x 与H y 的比例应与设置视口时的宽度和高度相协调,W x 与d near 的选择应使所成的像与用一般相机中标准镜头所照的照片相近为好.由前面基本假设,投影面总是位于驾驶台正前方,由于视点允许在驾驶台范围内变动,近裁剪面左下角坐标和右上角坐标应作相应的变动.为考虑问题简单起见,假设驾驶员眼睛的高度始终不变,即视点变动,不影响近裁剪面左下、右上两角点的y 坐标,同时,投影面与视点的距离始终不变,这可以想像成投影面总是在驾驶员前方与驾驶员距离为d n ear 的平面上,并且位于船首正前方,由于视点的变动,视见体可以是不对称的.由此分析,视点变动,只影响到近裁剪面左下、右上两个角点的x 坐标.调用g lFr ustum ()时的6个参数为:left: -1/2W x -d x r ig ht: 1/2W x -d x bo ttom :-1/2H y top:1/2H y near:d nearfar:d f ar这里仅对采用OpenGL 开发航海模拟器视景时的各种变换作了分析,变换不正确,就无法获得哪怕是最简单的图形.当然,开发航海模拟器的视景还要涉及到其它很多方面的问题,例如软硬件环境的设置,海面天空的处理,本船船首的制作,光照以及雾航、夜航环境的设置,帧更新速率的控制,视景建模,视景库管理,多通道视景拼接等,我们将在以后的文章中介绍.参考文献[1]　金一丞,尹勇.船舶操纵模拟器三维视景显示模型[J].大连:大连海事大学学报,1996,22(4):25-30.[2]　D avis ,Neider ,W oo .O penG L Pr og ramming G uide [R ],A ddison -Wesley ,1991.[3]　O penG L AR B .OpenGL Refer ence M anual [R ],Addison -W esley ,1991.Study on developing 3D view in marine simulator by using OpenGLJIN Yi-cheng ,YIN Yong,WEI Yi,DONG Zhen-ning,CHEN Chang-w en(N autical S cience &T echnology Institute ,DM U,Dalian 116026,China)Abstract :After a co mpr ehensive analysis of mo del-viewing transform ation and other trans-fo rmations.T his paper deduces a model-v iew ing matrix employed in generating 3D v iew ofmarine simulator ,and also analyzes the per spectiv e transform ation and it's transformation matrix employed by OpenGL gr aphics standard .Appro priate parameters used to define the viewing volume is also suggested.Key words :marine simulator;OpenGL;CGI;scene o f marine simulator27　2期金一丞等:航海模拟器视景的研究 。

基于虚拟现实技术的船舶操纵培训模拟系统设计虚拟现实（VR）是一种虚拟环境的技术，可用于模拟现实生活中的各种场景。

随着VR技术的发展和普及，越来越多的领域开始应用VR技术，如医疗、建筑、游戏等。

在船舶操纵培训方面，VR技术也被广泛应用，而基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统也因其具有的优点而备受推崇。

一、VR技术在船舶操纵培训中的应用VR技术使得船员可以在真实场景下模拟船舶操纵，这对于提高船员的实战能力和经验是非常有益的。

在传统的航海教育中，船员只能通过船上实习和在模拟器中训练来提高自己的技能。

但是这种方式并不能完全反映出真实的航海环境，并且还会受到外界因素的影响。

而基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统，则可以建立高度逼真的船舶操纵场景，提供类似于真实情况下的操纵体验。

二、基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统的实现方式基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统是由计算机软件和硬件系统组成的，在软件上，可以根据不同的航线和船型建立相应的模拟场景，包括船舶运行过程中的各种情况和突发事件。

在硬件方面，可以使用VR头盔、手柄等设备，使得船员可以获得更加真实的操纵体验。

三、基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统的优点1、提高实战能力和经验船员可以在虚拟环境下更加真实地模拟船舶操纵，可以更好地培养实战能力和经验，同时还可以在孔子的安全前，提高船员的应急处理能力。

2、节约成本基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统可以取代传统的航海教育方式，大大节省船员培训的成本，同时还可以减少由于互动环境或场景不同而造成的困惑和控制效率低下的问题。

3、提高航海安全性通过虚拟环境的模拟，船员可以更好地掌握航海技能，提高操作技能和敏捷度，从而更好地控制航向、速度等，降低事故的发生率，提高航海安全性。

四、总结基于VR技术的船舶操纵培训模拟系统可以为船员提供更加真实、高效、安全的培训方案，优化船员培训方式，使船员更加快速地获得实践经验和完善技能，从而提高船舶工作的安全性和效率，降低事故的发生率。

船舶操纵模拟器心得体会船舶操纵模拟器是一款非常有趣且富有挑战性的游戏。

在玩了这款游戏之后，我对船舶操纵以及相关知识有了更深入的了解，并且从中获得了许多体会和感悟。

首先，船舶操纵模拟器给了我机会去亲身体验船舶操纵的过程。

在游戏中，我需要学会掌握船舶的操纵技巧，比如如何调整船舶的速度、方向和位置等。

通过不断的练习和尝试，我渐渐掌握了一些技巧，能够更加熟练地操作船舶。

这让我深刻认识到船舶操纵是一门需要技巧和经验的艺术，需要掌握各种操纵手法和策略。

其次，船舶操纵模拟器让我对航海知识有了更深入的了解。

在游戏中，我需要了解和运用一些基本的航海知识，比如航行规则、船舶的结构和性能等。

通过与游戏中的挑战和任务的完成，我学到了很多关于船舶操纵和航海的知识，并且对航海领域产生了浓厚的兴趣。

我开始主动去了解和研究航海的历史、发展和前沿技术，这让我对航海有了更全面、更深入的认识。

第三，船舶操纵模拟器培养了我的团队合作意识和沟通能力。

在游戏中，我有时需要与其他玩家合作完成任务，需要与他们进行良好的沟通和协调。

这要求我积极参与团队讨论，尊重他人意见，并且善于沟通和解决问题。

通过这种团队合作的模式，我学会了如何更好地与他人合作，发掘团队的潜力，并且明白了团队合作的重要性。

此外，船舶操纵模拟器还提高了我的反应速度和决策能力。

在操纵船舶的过程中，我需要时刻观察、判断和做出决策。

比如我需要根据实际情况来调整船舶的航向和速度，以及应对突发状况。

这要求我具备敏锐的观察力和迅速的反应能力，以及对风险的准确判断和决策能力。

通过不断地练习和实践，我的反应速度和决策能力得到了极大的提高。

综上所述，船舶操纵模拟器是一款有趣且富有挑战性的游戏。

通过玩这款游戏，我对船舶操纵和航海知识有了更深入的理解，并且培养了团队合作意识和沟通能力，提高了我的反应速度和决策能力。

这款游戏不仅让我在娱乐中获得乐趣，同时也让我从中收获了许多实际的经验和收获。

我相信这些体会和感悟在我以后的生活和学习中都会有所帮助。

物理运动平台的三维视景补偿算法陈国权;尹勇;李丽娜;杨神化【摘要】为使船舶操纵模拟器更具真实感,在现有航海模拟器架构上增加电动杆驱动的物理运动平台,构建半物理运动平台驱动的船舶操纵模拟器.主要解决船舶操控仿真平台中船模集成、船模解算坐标与电动平台坐标系同步以及因电动平台限位而需进行的视景补偿等算法的研究与实现等问题.实际集成与测试结果表明,该方法可行.【期刊名称】《中国航海》【年(卷),期】2015(038)003【总页数】4页(P57-60)【关键词】船舶工程;船舶智能操控仿真平台;电动杆驱动;坐标系统匹配;视景补偿;三维仿真【作者】陈国权;尹勇;李丽娜;杨神化【作者单位】大连海事大学航海动态仿真与控制行业重点实验室,辽宁大连116026;集美大学航海学院,福建厦门361021;大连海事大学航海动态仿真与控制行业重点实验室,辽宁大连116026;集美大学航海学院,福建厦门361021;集美大学航海学院,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TP391.9现代航海模拟器自诞生至今，经历了从简单到复杂、从单一到综合的发展历程。

20世纪 80年代以来，计算机成像(Computer Generated Image，CGI) 生成视景技术的采用，不仅使航海模拟器经历了从“盲” ( 无视景，仅凭仪器操纵) 到“可视”( 有视景，能创建一种逼真的操作环境)的变革，而且使航海模拟器与飞行模拟器一起成为了虚拟现实系统成功应用的范例。

[1]类似的半物理平台[2-4]已得到长足发展，但随着模拟器不断普及，使用者对航海模拟器提出了更高的要求，纯视景的航海模拟器仍停留在视觉的感受上，已无法满足当前的需求。

物理驱动平台(如电动平台)的引入可更加有效地增强用户的操纵体验[5]，但在研究实现小型船舶的物理运动仿真平台时发现，小型船舶的转动运动幅值通常较大，而物理仿真平台通常会出于安全和稳定性考虑设置运动幅度限定，此时完全依赖物理仿真平台的运动不能完全与船舶的真实运动相匹配。

船舶操纵训练模拟系统的研究在现代航海领域，船舶操纵训练模拟系统扮演着至关重要的角色。

它不仅为船员提供了一个安全、高效且经济的培训环境，还极大地提升了船员的操纵技能和应对复杂海况的能力。

船舶操纵训练模拟系统的核心目标是尽可能真实地还原船舶在海上的运动状态和各种环境条件。

为了实现这一目标，系统需要综合考虑众多因素。

首先是船舶的物理模型，这包括船舶的几何形状、质量分布、水动力特性等。

精确的物理模型是确保模拟准确性的基础，它能够准确反映船舶在不同速度、舵角和外界环境作用下的运动响应。

在构建船舶物理模型时，研究人员需要深入研究流体力学、船舶动力学等相关学科的知识。

通过理论分析、实验测量和数值模拟等方法，获取船舶的各项参数，并将其转化为数学模型嵌入到模拟系统中。

例如，通过船模水池试验，可以测量船舶在不同条件下的阻力、升力和扭矩等数据，为模型的校准和验证提供重要依据。

除了船舶本身的物理模型，海洋环境的模拟也是关键的一环。

海洋环境因素众多，如风、浪、流等。

风对船舶的影响主要体现在风力和风向的作用上，这会改变船舶的速度和航向。

浪的大小和方向则会影响船舶的稳定性和颠簸程度。

流的存在会导致船舶产生漂移，增加操纵的难度。

为了真实地模拟这些环境因素，需要利用气象数据、海洋观测数据以及数值天气预报模型等信息来源。

同时，采用先进的算法和计算流体力学方法，对环境因素与船舶的相互作用进行精确计算。

在硬件方面，船舶操纵训练模拟系统通常包括驾驶台模拟器、视景系统和运动平台等。

驾驶台模拟器要与真实船舶的驾驶台布局和操作设备高度相似，让船员在训练时有身临其境的感觉。

视景系统则通过高清显示屏或虚拟现实设备，为船员提供逼真的海上场景，包括海岸线、港口设施、其他船舶等。

运动平台能够模拟船舶的摇晃、俯仰和横滚等运动，增强训练的真实感和沉浸感。

软件系统是船舶操纵训练模拟系统的大脑。

它负责控制整个模拟过程，包括场景生成、物理模型计算、数据采集与分析等。

海上舰艇作战虚拟视景图像系统仿真研究王昂【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2016(033)004【摘要】对海上舰艇作战虚拟视景图像系统进行仿真研究,可以解决视景显示节点的画面不连续的问题.对海上舰艇作战虚拟视景图像系统进行仿真的过程中,采集的视景图像,容易受到像素分布、亮度、颜色等信息的影响,使机器视觉发生偏移,提取的视景图像特征与真实特征相差甚远.传统方法主要是对海洋视景目标特征进行分类实现视景仿真的,导致降低了三维虚拟海洋视景仿真的真实度,海洋视景仿真效果差.提出采用多层次细节(LOD)渲染和网格高分辨率重构的三维虚拟海洋视景仿真技术.通过分析三维虚拟海洋视景仿真的内部结构参数体系,构建了三维虚拟海洋的物理模型,改进LOD渲染和网格高分辨率重构算法,并进行偏移量测试,得到三维虚拟海洋的全局最佳重构路径,并对三维虚拟海洋视景仿真和机器视觉的动态视点进行观测,完成视景切换和全局视景监测,实现三维虚拟海洋视景仿真在机器视觉中的应用.仿真结果表明,采用改进方法能提高三维虚拟海洋视景仿真的真实度.【总页数】5页(P419-423)【作者】王昂【作者单位】河南中医药大学信息技术学院,河南郑州450046【正文语种】中文【中图分类】TP391.9【相关文献】1.海上作战方案推演系统仿真模型体系研究磁 [J], 孙光明;王大志2.舰艇作战系统海上动态对准技术研究 [J], 周志恒;赵建军;杨利斌;桑德一3.舰艇编队作战视景仿真系统研究 [J], 赵晓冬;康凤举;陈法杨4.一般作战系统的生存问题:兼论海上舰艇编队生存能力的研究方法 [J], 吴晓锋;白桦5.一般作战系统的生存问题--兼论海上舰艇编队生存能力的研究方法 [J], 吴晓锋;白桦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

船舶航行模拟技术的研究与应用在现代航海领域，船舶航行模拟技术正发挥着日益重要的作用。

它不仅为船员的培训提供了高效且安全的手段，还在船舶设计、航线规划以及港口运营等方面展现出了巨大的应用价值。

船舶航行模拟技术的核心在于通过计算机建模和仿真，尽可能真实地再现船舶在各种海洋环境和航行条件下的动态行为。

为了实现这一目标，研究人员需要综合考虑众多因素，包括船舶的物理特性、海洋的水文气象条件、导航设备的性能以及船员的操作行为等。

首先，船舶的物理特性是模拟的基础。

这包括船舶的外形尺寸、排水量、重心位置、转动惯量等参数。

这些参数直接影响着船舶的航行性能，如速度、转向能力和稳定性。

研究人员通常会利用流体力学原理和数学模型来计算船舶在水中受到的阻力、浮力和推进力，从而准确预测船舶的运动轨迹。

海洋的水文气象条件也是至关重要的因素。

海浪、海流、风速和风向等都会对船舶的航行产生影响。

例如，大浪可能导致船舶剧烈摇晃，增加船员的操作难度和船舶的风险；强风则可能改变船舶的航向和速度。

为了模拟这些复杂的海洋环境，研究人员需要收集大量的实测数据，并建立相应的数学模型。

这些模型可以根据不同的海洋区域和季节进行调整，以提高模拟的准确性。

导航设备的性能在船舶航行中起着关键作用。

雷达、GPS、电子海图等设备为船员提供了重要的导航信息。

在模拟中，需要准确模拟这些设备的工作原理和性能，包括信号的精度、误差范围和更新频率等。

这样才能让船员在模拟环境中获得与实际航行相似的体验，提高他们应对各种导航情况的能力。

船员的操作行为也是船舶航行模拟技术中不可忽视的一部分。

船员的决策、操作技能和反应速度直接影响着船舶的航行安全。

因此，模拟系统需要考虑船员的心理和生理特点，建立合理的船员行为模型。

通过模拟不同船员的操作方式和应对策略，可以评估其对航行安全和效率的影响，从而为船员培训提供有针对性的指导。

在实际应用中，船舶航行模拟技术具有广泛的用途。

在船员培训方面，它是一种非常有效的工具。

内河船舶航行环境视景三维仿真田延飞;黄立文;陈姚节;谭天力【摘要】Based on the development directions and requirements of navigation simulation,3D visual simulation of inland waterway navigation environment was taken as the research object,in order to expand the practice area and improve the simulation accuracy at the sametime.Elements composing the scenery of inland waterway navigation environment were deeply analyzed and divided into twocategories:topographic and geomorphic features,surface and offshore targets.The mainstream software in scene simulation field such as 3D MAX and Multigen Creator were adopted for 3D modeling of the composing elements.Under the environment of VC++,the open source software OpenSceneGrap (OSG) was chosen as the driving platform to realize data fusion of 3D model of inland waterway navigation environment and strengthen simulation authenticity with meticulous rendering.Simulation shows that the constructed 3D models of inland waterway navigation environment are of higher precision,and its driving scenario is of verisimilitude,which can meet the navigation simulation requirements and can be recommended for development of large ship handling simulator.%基于航海仿真的发展方向和发展需求,为增加练习海域并同时提高仿真精度,以内河船舶航行环境三维建模仿真为研究对象,分析了内河船舶航行环境视景的组成要素,将其主要划分为地形地貌、水面及近岸陆域物标两大模块,并以视景仿真领域3D MAX、Multigen Creator等主流软件对其进行三维建模.在VC++环境下,以开源软件OpenSceneGraph (OSG)为驱动平台,对内河船舶航行环境视景模块三维模型进行了数据融合,同时以细致的渲染来加强模拟的真实感.仿真显示:所构建的内河船舶航行环境三维模型具有较高的精度,场景驱动具有逼真的效果,能够满足航海仿真的要求并应用于大型船舶操纵模拟器建设.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】6页(P115-120)【关键词】航海工程;内河航行;视景仿真;OpenSceneGraph (OSG)【作者】田延飞;黄立文;陈姚节;谭天力【作者单位】武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063;武汉理工大学航运学院,湖北武汉430063;内河航运技术湖北省重点实验室,湖北武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U675.790 引言随着计算机硬件和计算机图形学的发展,科学计算可视化已成为一门独立的新型学科。

船舶主机遥控仿真系统的设计与开发的开题报告一、选题背景近年来，随着船舶制造业的快速发展，船舶的机电化程度逐渐提高。

其中，主机是船舶的核心部件之一。

传统的操作方式是需要船员现场操纵主机，然而这种操作方式存在安全隐患，且在恶劣的海况下，操作人员的身体也会受到很大的影响。

因此，研发一种船舶主机遥控仿真系统既可以保证船舶安全，又可以提高航行效率，有非常实际的意义。

二、研究目的本次设计研发的船舶主机遥控仿真系统，旨在解决传统操纵方式的不足，以控制船舶主机为例，通过模拟真实情况，实现对主机的遥控操作，让操纵者可以在安全、舒适的环境下进行操作，从而提高船舶航行效率和安全性。

三、研究内容与技术路线1.研究内容（1）船舶主机遥控仿真系统需求分析：根据用户需求，分析船舶主机遥控仿真系统的具体功能和性能要求，确定核心技术和研发方向等。

（2）船舶主机遥控仿真系统架构设计：设计船舶主机遥控仿真系统的总体架构，包括前端控制器、后端控制器、通信传输、数据存储等。

（3）船舶主机遥控仿真系统界面设计：设计船舶主机遥控仿真系统的界面，使其直观、易用。

（4）船舶主机遥控仿真系统数据采集与处理：设计数据采集和处理模块，实现对船舶主机数据的采集和解析处理。

（5）船舶主机遥控仿真系统远程控制：设计远程控制模块，实现对船舶主机的遥控操纵。

2.技术路线（1）前端开发使用Vue.js框架编写前端控制器组件。

（2）后端开发使用Spring Boot框架编写后端控制器组件。

使用Netty框架进行通信。

（3）数据采集与处理使用Modbu-RTU通信协议进行数据采集。

使用Java实现Modbus-Rtu解析。

（4）远程控制使用客户端-服务器技术实现遥控操纵。

使用WebSocket实现远程数据传输。

四、研究计划（1）第一阶段（2周）船舶主机遥控仿真系统需求分析。

（2）第二阶段（4周）船舶主机遥控仿真系统总体架构设计和界面设计。

（3）第三阶段（6周）数据采集、处理模块和远程控制模块的研发。

船舶轮机仿真器引入虚拟现实技术的研究目前，我国船舶制造业发展迅速，从船舶制造的整体情况来看，在技术上、要求上都较为严格，为了更好的开展船舶轮船的各项工作，采用仿真器引入虚拟现实技术具有重要意义。

该技术能够在很大程度上帮助操作人员进行仿真训练，从而提高传播轮机的操作水平。

下面文章就对该技术的应用展开探讨。

标签：船舶轮机;仿真器;虚拟现实;虚拟技术引言针对当前工作实际情况，用仿真器实施针对性模拟，并根据实际情况进行仿真训练，操作人员需熟练掌握各种先进的操作方法。

借助于仿真器来系统化模拟各种突发情况，能够较大程度、较高水平地提升操作人员应对各种突发事件的能力，这有助于事故相应损失程度的大幅减轻。

对于硬件仿真平台来讲，其在对那些紧急情况进行模拟时，往往有一定不足与困难，如模拟船舶各种突发性紧急事件，而针对软件模拟，其则能较好地解决上述问题。

一、相关概述（一）虚拟现实技术分析虚拟现实技术是近年来在计算机图形学、仿真技术、人机接口技术、多媒体技术及传感技术基础上发展起来的一门交叉技术。

它是指采用以计算机技术为核心的现代高新技术生成逼真的视觉、听觉、触觉等一体化的在特定范围的虚拟环境;也是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作以及交互的一种全新的方式。

用户使用必要的特定设备，例如：数据衣、数据手套、数据鞋、立体头盔和立体眼镜等，就可以自然地与虚拟环境中的客体进行交互并相互影响，从而产生身临现场的感受和体验[1]。

（二）仿真系统概述船舶轮机仿真训练系统将数据服务器作为其中心，以星形网络结构的形式，把Internet服务器、各子系统仿真工作站、可视化仿真演示工作站、工控机及教师与学生用机融合在一起，组建一个呈分布式状态的仿真系统。

依据网络拓扑在结构方面的差异，可以将其分为如下部分：可视化仿真演示工作站、配电盘、实際台盘桥控制台、Internet服务器、设备分布及运行状态指示工控机、集控室控制台、学生与教师用机及各子系统相对应的仿真工作站等。

虚拟环境的船舶驾驶系统一、主题构想：《模拟航船2010》( Ship Simulator2010) ——多投影面环幕虚拟仿真的船舶驾驶系统1、立意我们生活在北方，每天，当晨曦即将滑过长夜之际，大地是如此的神秘和静谧。

而那对于大海和船，只是觉得好美的字眼、熟悉而又陌生的感觉……而航海生涯更是多少男人与女人的梦想，大海总是能给我们带来许多神秘感和向往！本设计就是通过虚拟仿真的船舶驾驶的形式，让人们和大海有亲密接触，让你在陆地上“开船”。

严格来说这并不是为娱乐性而设计的模拟游戏，而算是一个船舶驾驶训练模拟程式。

在这里提供最真实的驾船环境，来让各位实地执行操控，引航，等工作，并利用各种导航工具如GPS来帮助各位顺利到达目的地，才算是一个成功的驾驶人员。

此外程式支援滑鼠，键盘及摇捍，人们以使用最适合自己的操控方式来进入驾船的领域，享受开船的乐趣，何乐而不为呢。

2、目的综合利用了先进的计算机图形学、虚拟现实技术、自动控制理论、视觉仿真技术、人体工程学基于计算机平台构造出了一个具有高度真实感和实时性的虚拟现实系统。

该系统结构先进、功能齐备、运行稳定，仿真环境具有高度的真实感和实时性，是船舶仿真研究、培训、娱乐的理想平台，具有广阔的市场前景和应用推广价值。

3、方式是一款全新的模拟船舶驾驶系统。

人们将身任舵手，在惊涛骇浪中驾驶各种不同的航船，其中包括巨型货轮、油轮、拖船、豪华的游艇等八种类型，甚至还有一款“泰坦尼克号”，你在一个虚拟环境中将面对各种问题，并不停地解决问题，人们将深切感受到各种船只的操控性。

4、期待结果结合视觉仿真技术与人体工程学方面的知识，在模拟船舶驾驶系统中的应用，可以给真正热爱游艇驾驶乐趣的朋友无限欣喜，希望是fans最爱吧。

二、市场调研1、同类主题性分析（1）虚拟现实技术概述近年来，随着计算机、信息等高科技的迅猛发展，虚拟现实技术(VirtualReality)在工程领域(如汽车制造，虚拟社区等)、教育领域(如方程不定解，化合物分子结构显示等)、娱乐领域(如电脑太空旅游、3D动感游戏等)、医疗领域(如远程医疗，远程诊断等)和商业领域(如虚拟网上商城和产品动态展示等)等得到了越来越广泛的应用。

船舶操纵模拟器视景仿真系统构架设计王五桂【摘要】根据船舶操纵模拟器功能实现的实际需要,本文提出一种7通道270°宽视场角环幕投影构架方案.基于视景仿真系统的建设目标,完成了硬件构架和软件构建的设计.并通过船舶操纵模拟器试验室空间的实际大小,完成构架方案的空间布局设计,并对布局设计进行光路效果分析.结果表明,所提出的视景系统构架方案能够满足船舶操纵模拟器真实沉浸感的要求.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】3页(P60-62)【关键词】船舶操纵模拟器;视景仿真;架构【作者】王五桂【作者单位】中国舰船研究设计中心,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】U6750 引言船舶操纵模拟器在仿真、功能和应用方面具有极其重要的作用和社会效益[1][2]。

其核实是建立准确的船舶运动数学模型[3]和依托虚拟现实技术[4][5]建立视觉上逼真和高沉浸感的视景仿真系统。

视景仿真系统能够模拟船舶航行的航行姿态和虚拟场景，一方面，使得能够在试验室条件下对船舶运动控制性能进行有效评估及检验，减少实船试验次数，降低成本，缩短开发周期，优化控制系统等目的，另一方面，也是对船舶操纵人员进行实际操作能力培训的一种有效的途径。

视景仿真系统是以航行操纵模拟器输出的数据为依据，利用视景仿真技术等手段，通过三维视景仿真方法直观、逼真地呈现船舶操纵中的各种操作和业务流程，并利用三维建模方法将本船、实际场景、海面自然环境等元素可视化呈现。

通过三维环境中对模型对象的操作展现船舶的航行状态，能够为船舶操纵控制性能研究和船舶操纵控制系统设计与论证提供更加直观、更加丰富的参考依据。

1 视景仿真系统总体结构及建设目标视景仿真系统主要由显示系统、视景仿真渲染集群、管理终端、仿真模型数据库服务器等部分组成，船舶操纵模拟器视景仿真系统网络拓扑结构如图1所示。

视景仿真系统通过仿真服务器系统路由器连接到船舶操纵模拟器中，模拟器向仿真服务器提供船舶运动各种信号，并在显示系统中实时反应。

船舶轮机模拟器技术发展研究发布时间：2021-07-12T16:10:19.263Z 来源：《科学与技术》2021年第8期作者：吕黄辉鲁君[导读] 轮机模拟器是现代技术革命的产物,它利用计算机技术模拟船舶动力装置及其控制系统的特性吕黄辉鲁君江苏绿科船舶科技有限公司，江苏，南通 226002摘要：轮机模拟器是现代技术革命的产物,它利用计算机技术模拟船舶动力装置及其控制系统的特性,能够在各种工况和环境下进行操作训练,具有完善的教育和培训功能。

关键词：船舶轮机，轮机模拟器，技术发展，分析研究1概述轮机模拟器仿真技术涉及到众多高新技术领域的知识,如计算机、多媒体、信息处理、软件工程、图形图像和自动控制等技术,系统功能非常复杂同时,受硬件、系统运行环境和培训教学要求等方面的限制。

现今的轮机模拟器普遍存在以下主要问题真实性差、工作稳定性差、故障率高、可扩展功能差、可维护性差、二次开发困难等,训练人员数量和培训地点等受到限制,对模拟器各设备的参数和运行状况的监视功能及学员训练评估系统还不够完善。

这些问题一定程度上制约了轮模拟器功能和利用,影响教学和培训效果。

2船舶轮机模拟器技术的现状和国内外发展趋势上个世纪60年代末，国外针对船舶领域的计算机仿真就已经开始进行研究，到90年代虚拟现实技术在船舶领域的仿真已经很成熟了。

其中挪威、美国、英国等国家对该技术也都展开了深入研究，并且该产业规模已经形成，尤其是挪威，NOR Control公司制造了80%的市场份额在世界上运行的轮机仿真训练器。

世界上众多的发达国家、航海院校以及培训中心都已经或正在研制并且使用了各类航海模拟器和轮机模拟器。

但是，对于轮机模拟器的研究我们国家起步比较晚，跟发达国家比起来，还是比较落后的。

在七十年代末，于NOR Control公司大连海事大学首先引进了轮机模拟器，随后，青岛远洋船院也引入了该公司的轮机模拟器。

1994年，第一台国产轮机模拟器WMS-1在武汉理工大学被成功研制出来，增加了先进和复杂的仿真对象，以及复杂的仿真内容，采用最先进的计算机实时仿真技术以及更多的其他技术，与九十年代国际同类设备相比，此轮机模拟器的总体技术、系统性能以及制造质量，均已经达到了先进水平。

船舶机舱三维场景生成的关键技术研究的开题报告一、研究背景与意义：船舶机舱是指船舶上的主要动力装置和船舶控制系统所在的区域，通常包含主机、辅机等重要设备，其安全性和可靠性直接影响到船舶的航行安全和顺利进行。

为了更好地管理和监控船舶机舱内的设备和系统，采用计算机辅助设计和仿真技术，对船舶机舱进行数字化建模和三维可视化，成为船舶设计和战备训练的重要手段。

船舶机舱三维场景生成技术，是指将船舶机舱内设备和系统进行数字建模，并通过计算机图形学的方法，将其转换成三维场景，实现船舶机舱内设备的虚拟展示和操作。

该技术可以为船舶设计和航行模拟等应用提供可靠的数据支持，可以提高船舶设计和船舶操作工作的效率和准确度，有重要的实际应用和推广价值。

二、研究内容和方法：本研究将从以下几个方面进行深入分析和研究：1、船舶机舱数字化建模技术。

通过调研和分析，对船舶机舱内设备和系统进行准确的数字化建模，并制定合理的模型文件格式和存储方式。

2、三维场景生成技术。

采用计算机图形学方法，实现船舶机舱数字模型到三维场景的转换。

主要包括三维建模技术、光照和材质编辑、纹理映射及动画效果实现等内容。

3、场景操作技术。

针对船舶机舱场景特点，设计并实现相应的场景漫游和设备操作功能，包括控制指令输入、状态反馈等交互界面的开发和优化。

4、系统集成和测试。

将数字化建模、三维场景生成和场景操作等技术进行综合集成和测试，检验其功能性和稳定性。

三、拟完成的工作和成果：1、完成船舶机舱数字化建模的任务，建立船舶机舱内设备和系统的数字模型库，并对其进行维护和管理。

2、实现船舶机舱数字模型到三维场景的转换，完成船舶机舱三维场景的生成。

3、设计并实现船舶机舱场景漫游和设备操作等功能，建立相应的交互界面。

4、完成场景生成技术的集成和测试，并撰写开题报告和学位论文。

预期成果：本研究最终完成的预期成果是：1、船舶机舱数字化建模技术和三维场景生成技术。

2、船舶机舱场景漫游和设备操作等交互功能的实现。

一种基于虚拟视景的综合船桥模拟试验系统设计王静绮;胡锴【摘要】将综合船桥系统硬件设备与传统具有物理真实感的船舶操纵模拟器进行有机结合,组建综合船桥系统的陆上检测测试评估平台成为船舶操纵模拟器新的发展思路.以自主研发的综合船桥系统为目标组建虚拟视景模拟试验系统,实现了综合船桥系统与虚拟视景模拟试验系统的互联互动互操作,经验证,该系统能够实现综合船桥系统陆上检测调试功能.相比原有的实船测试方式能够有效的缩短系统研发周期,减少设备研制风险.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2016(036)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】综合船桥系统;虚拟视景;模拟试验系统【作者】王静绮;胡锴【作者单位】中国舰船研究设计中心,武汉430064;中国舰船研究设计中心,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】U6620 引言综合船桥虚拟视景模拟试验系统是一种以先进综合船桥技术为基础，结合船舶操纵模拟器相关技术，将各种船用导航、通信、操纵和控制等设备进行有机结合，并运用计算机、现代控制、信息融合处理、虚拟现实和船舶水动力学等技术实现的基于真实船桥设备的航海过程半物理仿真系统。

以本单位自主研发的综合船桥系统为对象，提出了一套半物理虚拟视景模拟试验系统的组建方案，本试验系统能够实现物理的综合船桥设备在虚拟的环境中联动，同时能够部分代替综合船桥设备的实船测试。

经实际验证，能够缩短综合船桥系统的开发周期，减少设备的开发成本。

1 系统组成综合船桥虚拟视景模拟试验系统主要由三维视景系统、视景模拟试验系统主控制器、网络管理系统、导航信息模拟系统、雷达信号解码器、综合船桥系统等组成，如图1[1]所示。

1.1三维视景系统三维视景系统主要由三维场景模型库构建、海洋环境模拟和三维渲染组成，主要用于提供船舶虚拟航行的可视环境，是人机交流的桥梁、各种信息流交互和表达的平台，主要负责视景中的各种设备和特殊现象的真实感模拟仿真和管理。