航海模拟器视景建模技术研究及应用

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航海模拟器研发是近二十几年来国际海运界普遍关注的课题。近年来,随着计算机技术、信息工程与自动化等技术的迅猛发展,计算机仿真技术特别是虚拟现实技术等也得到了快速发展。自20世纪70年代前后开始起步并用于航海教育的计算机仿真教学培训设备——航海模拟器,无论在种类、功能及技术性能方面目前都处于一个崭新的阶段。 视景系统是航海模拟器的重要组成部分,影响着航海仿真系统的整体逼真度和船舶操纵的训练效果,逼真的视景环境可以使操船者具有身临其境的感觉。其中视景数据库建模是视景系统研制的关键和基础,也是上海海运学院“多功能航海模拟器视景系统研究”课题的组成部分之一。 本文第一章主要论述了航海模拟器视景系统的发展现状,指出本研究的要达到目标和现实意义,最后提出本文的主要研究内容,以及使用的思路、方法。 本文第二章介绍了航海模拟器视景建模涉及的主要技术的发展现状。包括计算机图形技术,面向对象的软件开发方法,可视化开发技术,以及视景仿真技术等。这些技术为本文研究提供了理论基础。 航海模拟器视景仿真需要强有力的仿真支撑软件,本文第三章主要介绍了视景仿真领域优秀的三维建模和显示软件MuliGen和Vega,具体介绍了MultiGen的建模技术,主要讨论了MultiGen的系统构成,OpenFlight的结构以及MultiGen中使用的关键技术;接着介绍Vega的构成情况。 本文第四章具体研究了航海模拟器视景系统中建模技术。先介绍了场景建模中常用的坐标系,接着讨论了一些用于交互式程序的不同的技术,包括基于几何信息的建模技术和基于物理信息的建模技术,从简单的用线框到更加复杂的用曲面片来表现模型。建立了模型后,最后用三维几何变换技术将其摆放在场景中适当的位置上。 第五章是全文的重点,详细阐述了航海模拟器中视景数据库的整个建模流程及生成方法。首先从航海模拟器对视景数据库的技术要求入手,采 上海海运学院硕士学位论文用层次型与面向对象相结合的三维数据结构,构造了航海模拟器视景数据库模型。在实际研究过程中,总结出了一套科学合理的视景数据库建模流程。并提出了基于简易电子海图等高线信息的三维真实感地形建模方法,以及三维物体模型生成方法,包括三维岸上建筑、助航标志和船舶模型的建立,其中还介绍了灯质数据处理方法。最后介绍了整个视景数据库合成及调试中应注意的问题。 最后,在结论部分,总结性地论述了本次课题所研究的内容,并就未来的研究工作提出了进一步的设想和展望。 至此,整篇论文结束,本文提出的视景数据库建模方法己在“上海海运学院大型综合船舶操纵模拟器改造”、“韩国海洋大学仿真合作”等项目中得到推广应用。实践证明,该数据库模型具有很好的先进性和兼容性,生成的视景图像具有良好的逼真度,使得SMU呵V型航海模拟器视景系统的整体性能大大提高,为“多功能航海模拟器” 的研究提供了很好技术研究基础。
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