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基于Vega的虚拟海洋视景仿真研究

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基于Vega Prime的虚拟海洋战场技术的研究

基于Vega Prime的虚拟海洋战场技术的研究

基于Vega Prime的虚拟海洋战场技术的研究作者：刘生学来源：《中国信息化》2022年第01期虚拟海洋战场环境是指海军军事领域中应用虚拟技术仿真出来的一种战场环境。

海军部队为提高作战水平，需要进行持续性的军事训练，但实地训练存在人力财力耗费大、周期长、操作危险等问题。

针对以上问题，可应用虚拟现实技术，通过模拟海洋战场，以锻炼海军人员操作设备、演练战技术等能力。

虚拟海洋战场建设的目的在于使用户如同“走上”真正的战场，去身临其境的感受硝烟弥漫和战火纷飞。

这个虚拟的战场需包含完整的作战要素、作战过程、战场信息、自然环境等，最后通过仿真建模以达到良好交互性，从而提高虚拟战场训练效果。

美国军队是虚拟战场上的第一位投资者，并且一直对此充满热情。

早在1980年代中期至后期，美国陆军开发并设计了SIMNET系统，在这个系统中，可以将每个主要武器得模拟器进行相互联网，并可以以小组为单位展开训练。

从那个时候开始，美国军方就基于SIMNET 系统和当时美国得工业制造领域就一同倡导并创建了一种DIS系统，具体表述为：反异构网络互连的分布式系统交互式仿真系统。

后来美国陆军在DIS的基础上开发并设计了各种服务的训练系统，并在1990年代后期明确提出了STOW系统，STOW系统适用于每一种协同演习和战略演习的演习效果，培训科目和不同的指挥员，并能够提高了对战斗计划发表评论的可能性；在此基础上，英国军队陆续也开发了用于战争演习的新一代仿真系统，例如WARSIlVI 2000，其在辅助设备设计、分部并行处理及应用研究方面处于欧洲领先；欧洲还有德国、荷兰、瑞典等也积极研发虚拟战场技术，德国将其用于新生产设备前提高人员操作水平；荷兰的物理电子实验室在此基础上开发训练和模拟系统，通过改进人机界面和改善系统本身的特性，基本上可以实现用户达到沉浸式的逼真模拟环境；瑞典DIVE分布式虚拟交互环境，可在不同节点上实现同一视界多个进程异质分布式系统。

基于VEGA舰载机滑跃起飞视景仿真的实现

基于VEGA舰载机滑跃起飞视景仿真的实现
地面飞行模拟器的飞行动力学模型采用六自由 度微分方程组 , 动力学方程是建立在机体坐标系 中 [2]。
2007年 1月 22日收到
11112 舰载机滑跃起飞的受力分析 舰载机在滑跃起飞过程受到如下的外力 :空气
动力 、飞机及其载荷的总重力 、地面对起落架的支撑 力 、摩擦力和侧向力 、发动机的推力 。
β m
l和右主轮的侧偏角
β m
r可分别由速度分量计算
:
β m l/ r
= a rctan ( vzl/ r
/ vl ) 。
对于前轮 ,机轮可以相对机体偏转 ,因此前轮的
侧偏角为 :β=θ1
-
θ n
。
θ n
为前轮速度方向与机
体
x轴的夹角 ,可由运
动学关系求解 :
θ n
= arctan ( vzn
/ vn ) 。
图 2 高度随时间的变化情况
11期
庞亚华 , 等 : 基于 VEGA舰载机滑跃起飞视景仿真的实现
2733
由于重力大于升力 , 向上的速度分量会逐渐减 小 ,在这个过程中 , 飞机的速度不断增加 , 升力也随 之增大 ,飞机逐渐开始爬升 。所以从仿真结果可以 看出所给出的模型基本上反映了舰载机滑跃起飞的 典型过程 ,所以该模型可以用于舰载机滑跃起飞的 视景仿真中 。
舰船模型如图 4。
图 4 舰船模型
图 5 仿真流程
214 虚拟环境中舰载机和舰船运动模型的控制 根据舰船运动模型得到舰船六个自由度的值 ( x,
y, z, roll, yaw, pitch) ,利用 Vega在视景渲染中改变舰 船的位置和姿态 ,将这些数据转化成三维场景中的航 空母舰在海洋环境中的沉浮、横摇 、纵摇运动 。

基于Vegaprime的潜望镜视景仿真系统的实现

基于Vegaprime的潜望镜视景仿真系统的实现

基于Vegaprime的潜望镜视景仿真系统的实现王志乐;孙忠云;朱国涛【摘要】虚拟仿真训练已成为军事训练的重要手段之一.为了改变潜望镜过去单一的机械设备操作训练方式,直观形象地显示训练过程,设计了视景仿真系统,用于潜艇攻防训练.采用Vega Prime和Creator,结合GL Studio建立了实时视景仿真的分布式体系结构.对视景仿真系统中场景建模、目标运动控制、人机交互、光学效果、场景特效等关键问题进行了阐述.经过试验,所开发的视景仿真系统具有良好的视觉沉浸感.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2010(027)006【总页数】3页(P207-209)【关键词】虚拟仿真;视景仿真;Vega Prime GL Studio;场景建模【作者】王志乐;孙忠云;朱国涛【作者单位】海军航空工程学院青岛分院虚拟仿真研究室,山东,青岛,266041;海军航空工程学院青岛分院虚拟仿真研究室,山东,青岛,266041;海军航空工程学院青岛分院虚拟仿真研究室,山东,青岛,266041【正文语种】中文0 引言随着计算机图形学、三维仿真技术、虚拟现实技术的发展以及计算机性能的提高,使得实时视景仿真得到了快速发展[1]。

由于其能够使用户产生身临其境的沉浸感,使用户能够直接与其进行自然交互,而且可以节省大量的经费开支,并且可以避免训练中的危险。

因此,在各种模拟器的研究与开发过程广泛应用,而且视景仿真的效果和逼真程度直接影响着模拟器的逼真度。

潜望镜视景仿真是视景仿真技术在潜望镜模拟器中的应用。

该仿真系统的仿真对象主要是训练人员通过潜望镜所观察到的实际景物(景象),包括海面效果、海上目标、气象、光线以及通过潜望镜的操作在视觉上仿真出景物在光学镜片中各种特殊效果,如倍率、滤光片、以及光学测距等。

该仿真系统要求使参训人员透过潜望镜既可以感受到潜艇的各种航行姿态,又可以进行各种操作训练。

因此需要解决的问题包括视景的逼真度和实时性、真实潜望镜设备与视景的实时交互、各种光学效果的仿真。

基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统

基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统

基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统随着船只的发展和技术的进步，船舶载重能力也在不断提高，甲板上的重物起吊操作也随之变得更为复杂。

为了确保操作的安全性，预先进行视景仿真是必不可少的步骤。

本文将介绍一个基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统。

该系统由两个船舶甲板上的工作通道和一个操作室组成。

每个工作通道都有一个重型起重机，可用于吊装重物。

操作室中有一个专门设计的控制台，供操作员实时监控和控制吊装过程。

该系统的优点之一是其高度可定制的视景仿真。

操作员可以自由选择港口、海洋和天气等不同的环境来模拟各种不同的工作场景。

此外，操作员可以根据需要调整甲板上的各个元件的位置和大小，以便更好地模拟实际操作。

该系统还配备了高性能模拟引擎，通过物理模拟技术，可以精确模拟各种不同的重物起吊操作情况。

操作员可以使用控制台上的按钮和旋钮来控制重型起重机的运动和操作速度。

系统还具有定制的运动控制算法，可自动控制吊装操作以防止不必要的风险和意外。

值得注意的是，该系统还包括一个实时监测和报警系统，以最大程度地保障操纵员的安全。

如果系统检测到异常操作或是险情，会及时向操纵员发出警报并提示正确操作流程。

在实际操作中，该系统的数据记录功能也非常有用，可以为船员提供相关数据分析和参考。

总的来说，基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统在安全性、可仿真性和使用优越性方面都具有很强的优势，是一项非常有前途的技术。

船舶甲板重吊视景仿真系统是一项需要高性能计算机支持的复杂系统，其需要用到大量的实时数据进行物理模拟、控制和数据分析。

以下是在系统运行和使用中涉及到的相关数据和分析：1. 风速和方向：船舶甲板工作区的安全性取决于风的情况。

操作员需要根据实际情况选择不同的风条件进行模拟，以便演示吊装过程过程中发生的不同情况。

此外，风速和方向数据还用于计算吊装操作对船舶姿态和稳定性的影响，包括受风面积和升力等。

2. 重物吊装高度和重量：重物吊装高度和重量是船舶甲板重吊操作中非常重要的参数。

冲绳海槽南部多波束海底地形虚拟视景仿真初探

冲绳海槽南部多波束海底地形虚拟视景仿真初探

( 9)
由式 ( 9 ) 可以看出 , 水平位置相对误差 fx i和水 深相对误差 fz i只与层面入射角和相对面积差有关 , 而与其他参数无关 。因此 , 计算多波束系统波束 脚印水平位置和水深时 , 总可以寻找到一个简单的 声速剖面替代实际的声速剖面 。如果找到一个常声 速梯度剖面与实际复杂的声速剖面具有相同的积分 面积 , 则利用常声速梯度剖面进行波束归位计算的 结果同实际声速剖面相同 , 称该常梯度声速剖面被 称为等效声速剖面 (见图 3 ) 。
[2]
,从而完善 D EM 数据 。为了实现对冲绳海槽
层 i内的水平位置相对误差 fx i和水深相对误差
fz i分别定义为 : fx i = fzi = x′ i - xi x i - xi - 1 z′ i - zi zi - zi- 1 = = x′ i - xi- 1 xi - xi- 1 z′ i - zi - 1 zi - zi- 1 - 1 - 1 ( 3)
建立三维海底环境 , 首先要获取地形数据 。需 要将原始 的多 波束数 据 经 过 处 理 得 到 Creator 或 C reator Terrain Studio 可以识别的 USGS格式的 DEM 数据 。多波束资料的处理流程 (见图 1 )可以概括为 数据编辑和数据后处理两部分 。数据编辑有人 机交互编辑和自动滤波两种方法 , 目前较为可靠和 常用的滤波算法是 CUBE 算法 , 实际的处理过程中 先利用 CUB E 算法对数据进行初步处理 , 再手动编 辑剔除跳点 。
2 ε 4 si
- 1
fz i =
(θ εs i +1 ) sin θ εs i +1 ) cos θ i- 1 - arcsin ( ( 2 i- 1 ) ) ln ( 2 i- 1

基于VEGA的海天背景战场环境视景仿真

基于VEGA的海天背景战场环境视景仿真

基于VEGA的海天背景战场环境视景仿真
陆斌;闫喆
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2011(27)1
【摘要】根据分析海天背景下战场环境的特点.本文通过视景仿真软件VEGA设计实现了该环境条件下的可见光及红外视景仿真.其中主要包括涉及到视景中各要素的建模,vega诸多模块的综合应用以及符合海天背景环境的视景构建与交互控制.仿真程序集成了海浪模拟、大气传输模拟、红外与雷达模拟、交互控制等功能.通过与实际探测器成像情况对比分析,仿真结果具备一定的可信度,与实际环境基本相符,可以满足实际应用的需要,为该条件下的模拟训练与研究探索提供了依据.
【总页数】3页(P244-246)
【作者】陆斌;闫喆
【作者单位】264001,山东烟台,海军航空工程学院控制工程系;264001,山东烟台,海军航空工程学院7队
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.基于视景仿真的复杂战场环境仿真研究 [J], 龙勇;袁静;马长林;黄先祥
2.基于Vega的虚拟战场环境中特效仿真研究 [J], 连广彦;马俊枫;花传杰
3.基于Vega Prime软件的航弹三维视景半实物仿真系统 [J], 赵奇峰;田传艳;刘继
奎
4.vega及其在战场环境视景仿真系统中的应用 [J], 陈克坚
5.基于MFC的Vega Prime航空飞行器动态视景仿真 [J], 孙旺;刘西;南英
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基于Vega的海啸仿真初探1

基于Vega的海啸仿真初探vchan一、Vega简介1、什么是Vega？Vega 是美国Multigen—Paradigm公司用于虚拟现实、实时视景仿真、声音仿真以及其它可视化领域的世界领先级应用软件工具。

它支持快速复杂的视觉仿真程序，能为用户提供一种处理复杂仿真事件的便捷手段。

Vega包括友好的图形环境界面．完整的C语言应用程序接口API、丰富的相关实用库函数和一批可选的功能模块，能够满足多种特殊的仿真要求。

Vega可使用户集中精力解决特殊领域内的问题而无需花费大量时间和精力去编程。

Vega支持多种输入数据格式，允许不同数据格式的显示提，供高效的CAD数据转换工具，从而使软件开发人员、工程师和编导者将多种设计综合到一起。

2、Vega的构成（1）多种动态联接库（DLL）、函数库（Lib）：Vega内核完成所有具体的工作函数之间通过自动的相互调用构成Vega内部工作机制（2）Lynx软件：图形用户界面软件（运行Lynx软件，显示界面）；以图形界面的形式，供用户设置环境、操作参数；定义、生成和预览Vega应用程序；参数设置结果生成、存储在ＡＤＦ文件。

（3）应用程序接口（API）：二次开发应用程序接口；编程实现参数设置；可在程序运行过程中，改变运行参数和操作方式。

三、OpenGL在Vega开发环境中应用的关键技术OpenGL所要实现的功能一般都是在Vega的回调函数中来实现的，但因为两者坐标系的不一致，所以涉及到场景融合问题，其关键技术主要包括以下几点。

1、回调函数调用（1）回调类型的选择：Vega设计了大量的回调函数接口，以供开发者根据需要制自己的操作，用户必须根据所要实现的功能选择合适的回调。

（2）回调函数的定义、安装、卸载（3）参数设置：在定义、安装和卸载时，参数的格式是有严格要求的，必须按其要求的格式进行设置，否则参数的传递会出现问题。

2、场景融合Vega坐标系和OpenGL坐标系是不一致的，虽然两者都是右手坐标系，但OpenGL坐标系的Z轴垂直屏幕指向外面，而Vega的坐标系的z轴是垂直向上的，如右图所示。

三维虚拟海洋图像仿真在舰艇视觉中的应用

三维虚拟海洋图像仿真在舰艇视觉中的应用
董峰;王继州
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2015(037)009
【摘要】在计算机视觉环境下建立舰艇防御和攻击的虚拟场景的重点是对三维虚拟海洋图像的仿真实验,传统的三维虚拟海洋视景仿真中在操作进程和虚拟数据资源配置中采用单线程设计,无法实现并行处理,视景效果不好.提出一种基于海洋拓扑结构网孔分解的三维虚拟海洋仿真技术并应用在舰艇的被动防御视觉系统中.构建三维海洋环境下舰艇的视觉控制模型,在MPI的视景仿真渲染工具Vega Prime中进行海洋三维视景建模,采用海洋拓扑结构网孔分解算法进行三维虚拟海洋视景仿真方法改进,在舰艇防御视觉系统中实现舰艇防御三维视景仿真,实验结果表明,采用该方法进行视景仿真,三维虚拟海洋具有较好的实时视景仿真渲染效果,视点转换和视点控制流畅,提高了在三维海洋环境中实现舰艇视觉仿真的可观性和可靠性.【总页数】5页(P176-180)
【作者】董峰;王继州
【作者单位】黄河科技学院现代教育技术中心,河南郑州450006;中原工学院信息商务学院计算机科学系,河南郑州450007
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.地形纹理分割技术在雷达图像仿真中的应用 [J], 司聿宣;方伟;王好同
2.图像仿真在数字辐射成像系统指标估算中的应用 [J], 苗积臣;刘锡明;吴志芳
3.复杂海洋环境中弱小目标的红外辐射特性研究及图像仿真 [J], 林逸平;沈轶军;许开宇
4.数字地形在雷达图像仿真中的应用研究 [J], 欧阳文;何友;方伟;冯涛
5.三维虚拟视觉在教室设计中的应用 [J], 李响;雷翕雯
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智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究

智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究孙叶义，杨文山，周海波(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉 430064)摘要: 视景仿真作为虚拟现实技术的一种，通过将视景仿真技术引入到水下航行器对接领域，可以实现用户对虚拟模型的交互控制，直观地展示智能水下航行器动态对接的过程。

通过Creator软件完成智能水下航行器、母艇与回收装置、海底地形等模块的三维设计，借助Vega软件进行三维场景渲染。

在此基础上，基于所建立的半物理仿真平台，通过在MFC框架下对Vega程序进行二次开发，实现仿真场景的驱动。

最后对智能水下航行器动态回收的过程进行三维场景展示，提高了代入感与真实性，并进一步验证了系统的可靠性。

关键词：视景仿真；水下机器人；对接中图分类号：TP242.6 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2020)12 – 0047 – 05 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2020.12.009Simulation study on dynamic recovery of three-dimensional visual scene ofautonomous underwater vehicleSUN Ye-yi, YANG Wen-shan, ZHOU Hai-bo(Wuhan Second Ship Design and Research Institude, Wuhan 430064, China)Abstract: Visual simulation is a kind of virtual reality technology. By introducing visual simulation technology into the field of underwater vehicle docking, users can realize interactive control over the virtual model and visually display the dy-namic docking process of intelligent underwater vehicle. Firstly, 3D design of intelligent underwater vehicle, mother ship and recovery device, seabed terrain and other modules was completed through Creator software. Then, Vega software is used for 3d scene rendering. On this basis, based on the established semi-physical simulation platform, Vega program is secondary developed under the MFC framework to realize the driving of simulation scene. Finally, the 3D scene display of the dynamic recovery process of the intelligent underwater vehicle can improve the sense and authenticity of substitution, and further veri-fy the reliability of the system.Key words: visual simulation；underwater vehicle；docking0 引　言视景仿真是一门年轻的学科[1 – 2]。

基于VegaPrime的水声对抗态势三维显示子系统设计

基于VegaPrime的水声对抗态势三维显示子系统设计作者：林传禄，段建红，张运福，王富强，陈宏波来源：《中国新通信》 2018年第19期【摘要】利用视景仿真技术构建三维水声对抗环境, 进行初期的模型和算法验证，另一方面模拟各种复杂的测试场景，实现了舰潜水声对抗态势的三维视景显示。

通过系统运行的实验结果表明，该设计可有效增强水声对抗中水下态势的可视化效果。

【关键词】视景仿真对抗态势视点三维传统对水声对抗过程及态势信息的显示和研判主要是通过文字、表页、二维图形等形式实现、交互不够直观，指挥员不便直观地掌握对抗进程和综合态势。

为此，本文研究将视景仿真技术应用到水声对抗仿真系统中，通过设计三维态势显示子系统，实现对抗关键过程和态势的三维可视化。

一、三维态势显示子系统总体设计本文采用Vega Prime 虚拟仿真平台进行海战场的可视化仿真[1,2]，设计实现了三维态势显示子系统。

通过系统网络接收实时的姿态信息、目标位置，把接收到的实测数据导入三维场景中驱动目标模型实现三维模型运动。

系统采用Creator 软件完成各实体的建模，通过VegaPrime 完成三维场景的渲染[2]，系统软件在Windows 下采用2003 进行程序开发，按照功能模块化和结构标准化的设计原则，以提高系统可靠性，便于系统性能扩充和维护。

二、关键技术2.1 场景建模三维建模主要由Creator 软件完成，典型目标模型包括：舰艇、潜艇、鱼雷、水声对抗器材、水下测控装备和海洋环境。

在Lynx Prime 图形编辑器中创建各实体对象，包括舰艇、潜艇、水下测控装备、水声对抗器材、海洋环境等，为了使每一个对象选择相应的三维模型( 即将对象与FLT 文件关联起来)，将FLT 文件导入Lynx Prime[3,4]。

然后根据需要设定模型的各项参数：主要包括海洋环境特征参数（如海浪、海况、风力、天气等）设置，动目标（舰艇、潜艇）尾流特效设置，目标运动的六自由度参数（X,Y,Z, 仰角, 偏角, 转动角）设置，最后保存设置到ACF 文件中。

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{ /3 Initialize the Vega system 3 /
图 2 Ocean的连通性
3. 4 海浪生成效果图
由计算机生成的不同海况下的海浪效果图 , 图 3 为海浪周期 4 s, 海浪高度 4 ft 的海浪效果 图 ; 图 4 为海浪周期 13 s, 海浪高度 19 ft的海浪 效果图 。
在频率轴上依次选取点 ω0 <ω1 < … <ω2 r + 2 ,
56
中 国 舰 船 研 究
第 3卷
λ =
Tsg
2
π 2
( 10 )
由一个海洋事件可以参考多个海洋效果类型的 Vega的类事件。图 2 表示 Oceans的连通性 。
3 海洋模块的计算机实现
3. 1 海洋模块初始化
ω+d ω区域内 式中右侧的意义是将频率介于 ω～ 1 的各组成波的振幅的平方乘以 , 再求这些乘积 2 的和 ; 左侧的 S 为 ω的函数 。 我们考察量 :
1 2 ρ ( 4) w gan δ ω∑ 2 ω 式中 ,ρ w 为水的密度 ; g 为重力加速度 。式 ( 4 ) 求 ω+d ω区域内 和符号运算结果表示频率介于 ω～ ω此间隔内的平均能 组成波的能量之和 , 除以得 δ 量 。 S (ω) 代表海浪能量相对于组成波的频率分 1
2 π ];Ωi 为构成第 i 9. 18 m / s ; χ 为波浪方向 [ 0 ～2
音的结果 ,将固定点的波面表示为部分和 :
r
个非空间角频率 ; ωs 为海洋状态的角频率 , ωs = π 2 ; 其中 , TS 为重复海洋状态的周期 ; t为时间 , s;
TS
ζ( t) =
ω2 r→∞ n =0 ω2 n +2 -ω2 n→0
2
lim
∑co s[ω2n +1 +ε(ω2n +1 ) ]
( 8)
φi 为构成第 i个的相位角 , rad; x, y 分别为海面的 横、 纵坐标 。 在浅水区摩擦力会影响波浪的传播速度 ; 在 深水区波浪的传播速度取决于它的重复周期 。
A (ω2 n +1 ) (ω2 n +2 - ω2 n )
第 6期
高 伟等 : 基于 Vega的虚拟海洋视景仿真研究
2 2
55
π范围内出现在 为均匀分布的随机数 , 它在 0 ～2 α+ d α的概率为 : 间隔 α～ α α) = d ( 2) P (α < ε < α + d π 2 式 ( 1 )中还规定 :
ω+ δ ω
确定函数 A (ω) 。读取 A (ω2 n + 1 )的值 , 将此值乘 以频率间隔 ω2 n + 2 - ω2 n后开平方 , 得到的结果作 为频率为 ω2 n + 1 、 相位为随机量 ε的余弦波的振 幅 , 其中 ε的分布仍为式 ( 2 ) 所示 。可以看到 , 式
第 3卷 第 6期 2008 年 12 月
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
Vol . 3 No. 6 Dec. 2008
基于 Vega的虚拟海洋视景仿真研究
高 伟 巫 影 肖剑波
海军工程大学 船舶与动力学院 ,湖北 武汉 430033
10 [ 10 ]
ζ( x, t) =
n =1
∑
ωco s (ωn t +ε 2Sη ηd n - kn x )
( 7)
:
ζ = H t +ζ χ + y co s χ ) co s [ ki (χsin 0 ∑
i =1
式 ( 7 )的物理意义为 : 海洋上的不规则波浪 , 是由许多对应于波谱中各分量的振幅和频率的单 元规则波组合而成 , 这些单元波的初始相位是随 机的 。
2 海浪模型
海浪研究是基于军事需要兴起的一个研究 领域 。海浪的形状时刻进行着不 规则 的变 化 , 所以对海浪的模拟十分困难 。 50 年代中期 , 将 观测资料和液体波动理论结合起来模拟海洋 , 这带有很强的经验性 。 50 年代初 , 海洋动力学 家 Pierson 及 N eumm n 等人用随机过程理论分析 海洋 , 这种方法称为谱分析法 。在此 基础上 人 们提出了多种海浪模型 , 如 Longuet2 H iggins模型 和 Pierson 模型 。
( 8 )的含义为它代表多数随机余弦波的叠加 。
ω = S (ω)δ
∑
ω
1 2 an 2
( 3)
2. 3 V ega 环境中海浪原理
虚拟海洋环境中有一个专门的海洋模块 ,它包 括模拟海上运动所必须的一些特点 ,例如 : 动态和 静态海洋模型中的动态学效果、 域矢量特点以及海 洋的特技效果等 。海洋模块中包含动态和静态两 个部分。宏观的海洋是静态的 ,静态海洋是静止不 动的一个平面 ,上面赋予海洋的纹理帖图 ,也可以 把观察者和静态海洋之间的海域定义为动态的 ,动 态海洋由一些运动的面片构成 ,面片的运动规律遵 循海浪的变化 ,面片上同样可以进行纹理帖图 。图 1 为动态海洋和静态海洋之间的关系 。
摘 要 : 虚拟海洋视景仿真系统是虚拟现实技术在军事领域中的应用 。由于海浪运动的随机性 ,虚拟海洋的 计算机生成成为视景仿真领域的研究难点 。文中详细讨论了两种海浪模型 ,重点研究 Vega 中海浪原理和海 洋模块的计算机实现 ,基于 Vega软件生成海浪 。从效果图中可以看出 ,模拟的海浪效果比较好 ,能够满足实 际应用的需求 。 关键词 : 虚拟 ; 视景仿真 ; 海浪谱 ; 海浪模型 中图分类号 : U675. 12 文献标志码 : A 文章编号 : 1673 - 3185 (2008) 06 - 54 - 03
1 引 言
在视景仿真研究中虚拟自然环境的生成一直 [1] 就是最具挑战性的研究方向之一 。由于自然 环境的随机性和复杂性 , 使对其进行逼真地模拟 十分困难 ,其中海洋环境的模拟更为复杂 ,因为在 不同的情况下海洋的形态各不相同 。海洋视景仿 真的重点是逼真地模拟出海面的波浪起伏 。对海 浪的建模一般从三个角度出发 : 一是从物理的角 度出发 ,通过求解流体动力学方程 ,对海浪内部各 [2] 质点的运动加以描述 ; 二是从海浪的几何形状 出发 , 采 用 三 角 函 数 和 参 数 方 程 表 示 海 浪 曲 [3] 面 ; 三是从海洋观测的结果出发 , 采用适当的 [4 - 6] 海浪谱反演方法模拟海浪 。 本文以当前业界主流的高层软件环境 — — — V ega 作为开发平台 , 系统研究 了 V ega 环境 中 基于 Longuet2 H iggin s 海 浪 模 型 模 拟 三 维 动 态 海浪 。
ω2 ( 6) n = gkn tan h ( kn d ) 式中 , g 为重力加速度 ; d 为水深 。模型中 , 不考虑 2 水深的影响 , 则有 ωn = gkn 。 于是可得海面波浪方程 :
m
比例生成一个动态海景 ,观察者观察海洋状态 ,然 后选择一个二维纹理用于三维的光滑波浪表面 。 创建一个真实波浪要用 10 条余弦曲线和一些非 谐波频率 ,其中瞬间波浪高度可用下式计算
an =
ωn ) d ω 2Sη η ([9]Fra bibliotek( 5)
式中 , Sη 为所需要模拟的海浪频谱 ,称为靶谱 。 η 波数 kn 与圆频率 ωn 满足色散关系
,即 :
图 1 动态海洋和静态海洋之间的关系
Vega海洋模块所使用的算法是基于 Longuet2 H iggins模型 , 用一个传播可变波浪模块以 1: 6 的
ω+ δ ω
ω = 1, 式 ( 4 ) 代表单位频率间隔内的 布 , 如果取 δ 能量 , 给出了能量密度 , 故 S (ω) 称为能谱 ; 又因 为它给出了能量相对于频率的分布 ,也称为频谱 。 严格 地 说 , an 是 服 从 雷 利 分 布 的 随 机 变
[8 ] 2 ωn ) d ω。实际上 , an 通常 量 , 且 E [ an ] = 2Sη η ( 由下式确定 :
Scenar io S i m ula tion in V irtua l O cean Ba sed on Vega
Gao W ei W u Y ing X iao J ian 2bo
School of Naval A rchitecture and Power, Naval University of Engineering,W uhan 430033, China Abstract: Scenario sim ulation system of virtual ocean is an instance of V irtual Reality Technology app lied in m ilitary fields . Due to the random motion of sea waves, the creating of virtual ocean by computer is p retty difficult in the research area. This paper studied two models for ocean waves, w ith great endeavor on the ocean wave theory w ith Vega and the coding of the ocean module so as to cre2 ate the ocean waves by Vega. The effect of sea wave is comparatively good from the p icture and sat2 isfies the need for the p ractical app lications . Key words: virtual; scene sim ulation; spectrum of ocean wave; ocean wave model