海洋工程船虚拟仿真训练系统的设计与实现

发布时间：2017-03-21 03:06

  本文关键词：海洋工程船虚拟仿真训练系统的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算机以及网络通信技术的快速发展,船舶轮机仿真技术有了重大进步,不同船型的轮机模拟器也相继诞生。近些年来,将虚拟现实技术应用到船舶仿真培训上,已逐渐成为当代轮机仿真系统研究的一个重要方向。与传统轮机模拟器半物理仿真或二维软件界面仿真的形式相比,三维机舱虚拟仿真系统很好的弥补了传统轮机模拟器无法体验真实机舱工作环境的不足,可以通过机舱环境的可视化为用户提供逼真的三维视感、听感和触感的感受,达到在精神感觉上进入机舱环境的真实效果,为训练者提供一个更加自主高效的学习训练平台。本课题以武船重工设计建造的“海洋工程船681”作为母型船,结合大连海事大学开发设计的海洋工程船轮机模拟器项目,开发设计一套“海洋工程船681”三维机舱虚拟仿真系统。本文首先介绍了虚拟现实及其在轮机模拟器上的应用和“海洋工程船681”的基本情况,结合二维轮机模拟器设计虚拟仿真系统,选取系统开发环境；然后介绍了机舱场景建模的方法、流程、建模规范,研究场景优化中的法线贴图技术；利用Unity3D内置着色器实现光照模型在场景中的特效,提高虚拟场景的渲染效果和实时性；运用碰撞检测、三维交互拾取技术对机舱虚拟场景进行了研究与实现；’最后通过网络通信技术实现二维轮机模拟器与三维虚拟机舱仿真系统之间的实时数据通讯,最终实现轮机系统及设备的虚拟同步操作。
【关键词】：虚拟现实 轮机模拟器 场景 着色器 通讯交互
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.3;U676.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及其研究意义10-11
• 1.2 虚拟现实技术概述11-13
• 1.3 轮机模拟器研究及发展现状13
• 1.4 本文章节安排13-15
• 第2章 海洋工程船虚拟仿真系统设计15-21
• 2.1 “海洋工程船681”船舶概述15
• 2.2 “海洋工程船681”机舱虚拟仿真系统设计15-20
• 2.2.1 “海洋工程船681”轮机模拟器15-17
• 2.2.2 虚拟仿真系统设计思路17-18
• 2.2.3 虚拟仿真系统框架结构18-20
• 2.2.4 系统开发工具20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 机舱场景建模21-33
• 3.1 建模软件的选择21-22
• 3.2 机舱场景建立22-30
• 3.2.1 数据准备22-23
• 3.2.2 场景制作与规范23-30
• 3.2.2.1 模型制作与规范23-26
• 3.2.2.2 材质贴图制作与规范26-27
• 3.2.2.3 场景渲染烘焙及导出27-30
• 3.3 法线贴图技术30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 虚拟场景的实现33-55
• 4.1 Unity 3D引擎着色器的实现33-45
• 4.1.1 着色器简介33-34
• 4.1.2 虚拟机舱中着色器的应用与实现34-36
• 4.1.3 光照模型36-43
• 4.1.3.1 漫反射与Lambert模型36-38
• 4.1.3.2 镜面反射与Phong模型38-40
• 4.1.3.3 Blinn-Phong光照模型40-42
• 4.1.3.4 光线衰减模型42-43
• 4.1.4 光照渲染效果对比43
• 4.1.5 虚拟场景效果43-45
• 4.2 碰撞检测45-49
• 4.2.1 空间划分法45-46
• 4.2.2 包围盒技术46-48
• 4.2.3 场景碰撞器设置48-49
• 4.3 三维拾取交互49-54
• 4.3.1 拾取原理49-51
• 4.3.2 HUD功能与交互实体动作51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 二维模拟器与三维虚拟仿真系统通信交互的实现55-63
• 5.1 网络通讯协议概述55-56
• 5.2 数据通讯协议的实现56-60
• 5.2.1 套接字Socket56-57
• 5.2.2 Socket编程实现57
• 5.2.3 Socket实现UDP的原理57-60
• 5.3 三维机舱虚拟仿真系统与二维模拟器之间交互的实现60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 参考文献65-68
• 附录A 三维拾取代码68-69
• 附录B UDP组播方式实现代码69-72
• 附录C 相机切换代码72-75
• 附录D 海工船部分虚拟机舱画面75-77
• 致谢77-78
• 研究生履历78

【共引文献】

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2 杨乐;冯寿鹏;张爽;;虚拟现实技术在战时心理适应训练中的应用[J];国防科技;2015年01期

3 高力群;杨波;;虚拟现实技术在河北省非物质文化遗产保护中的应用研究[J];大舞台;2015年03期

4 林敬亭;范文洁;;工业设计专业虚拟现实技术课程教学改革研究[J];福建电脑;2015年04期

5 胡晓辉;万嵩;;计算机虚拟仿真技术在高教中的应用研究[J];高教学刊;2015年24期

6 徐兴敏;;虚拟现实技术在虚拟旅游中的应用[J];潍坊学院学报;2014年02期

7 周增辉;;虚拟现实技术在建筑场景制作教学中的应用[J];艺术科技;2014年05期

8 靳冬冬;王崴;刘晓卫;徐晓东;;增强现实诱导维修在外军的发展现状和趋势[J];现代防御技术;2014年06期

9 彭文君;;浅谈虚拟现实技术在机械工程领域的应用[J];科技创新导报;2015年01期

10 费正涛;;关于虚拟现实技术在商业产品中运用的研究综述[J];科技资讯;2015年03期

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本文编号：258914