基于Unity 3D的船舶舵机舱虚拟现实设计与研究

发布时间：2021-06-28 16:42

在全球经济一体化的进程中,现代船舶正朝着大型化和专业化的方向发展,所以对海员培训标准提出了更高的要求。航海教育和培训领域多采用模拟器的形式,但是传统的模拟器采用二维模拟软件或半物理仿真,学员无法体验真实的机舱工作环境,缺乏对船舶具体设备的认识。随着新技术的深入研究和广泛应用,新一代模拟器的发展趋势是,将虚拟现实技术应用到船舶仿真教育培训项目中,设计开发具有多功能和良好交互性且维护升级方便的虚拟船舶舱室仿真系统,使学员沉浸在虚拟舱室环境中,获得与在实船舱室工作环境一样的操作体验,从而提高教育培训的效果。本课题以大连远洋30万吨级超大型油轮“远山湖”号的舵机舱为虚拟设计对象,研究设计基于该舵机舱的虚拟现实系统。本课题的主要内容包括以下几个部分。基于“远山湖”实船采用的是川崎FE21-485-T050型电动液压舵机,文章介绍了该型舵机系统的结构组成、工作原理和操作方法,并在这个基础上,参考借鉴相关文献中已有的建模思想,建立了舵机各模块的数学模型。参考实际舱室布局设置,分析整理相关设备的尺寸数据,对比不同角度的舱室特写照片,选用3ds Max建立了完整的舵机舱三维模型,该模型与实船舵机舱有很高的相似度。将船舶舵机舱三维模型导入虚拟现实引擎Unity3D中,实现了虚拟舵机舱室第一人称漫游,实现了舱室设备的交互操作,并设计了可拓展的用户交互界面,完成了最终虚拟场景程序的生成和发布。本课题的研究设计,为后续研究将虚拟现实技术应用于整个一体船舶的各个不同舱室,并拓宽应用到不同船型上面,提供一些参考经验。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U666.158

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 虚拟现实概述

1.2.1 虚拟现实技术的发展

1.2.2 虚拟现实系统的特征和组成

1.2.3 国内外研究应用状况

1.3 本文章节内容

第2章系统总体设计

2.1 设计方案

2.2 开发环境

2.2.1 建模工具选择

2.2.2 三维引擎选择

第3章舵机系统工作原理和数学模型

3.1 舵设备组成和舵的类型

3.2 电动液压舵机的基本组成和工作原理

3.2.1 液压舵机油路原理

3.2.2 液压舵机的转舵机构

3.2.3 舵机工作工况

3.2.4 操舵方式

3.3 舵机数学模型

3.3.1 液压回路数学模型

3.3.2 舵的水动力学模型

第4章虚拟舵机舱模型建立

4.1 舵机舱三维模型的建立流程

4.2 舵机舱模型贴图制作

4.3 舵机舱三维模型建立

第5章舵机舱虚拟场景实现

5.1 Unity 3D引擎

5.1.1 场景对象

5.1.2 物理特性

5.1.3 脚本

5.2 场景漫游实现

5.2.1 碰撞检测技术

5.2.2 第一人称角色控制器

5.2.3 小地图制作

5.3 舵机设备交互操作

5.4 程序交互界面设计

5.5 程序生成和发布

第6章结论与展望

参考文献

致谢

研究生履历

【参考文献】