基于虚拟现实技术的舰船驾驶环境仿真模拟

发布时间：2021-04-14 02:11

　　受到仿真模拟技术水平的限制,导致传统的舰船驾驶仿真模拟结果存在灵敏度低的问题,为此利用虚拟现实技术实现对舰船驾驶仿真模拟环境的优化设计。首先安装舰船驾驶中需要使用的硬件设备,并以此作为驾驶操作指令的输入设备。利用虚拟现实技术分别构建舰船模型、海面模型,结合舰船的航行原理得出舰船运动模型,从而得出虚拟场景的建立结果。在虚拟场景中,根据驾驶指令的变化生成舰船驾驶环境仿真模拟视景,并实现模拟视景的动态更新。通过与传统舰船驾驶仿真模拟环境的对比得出结论,综合多个驾驶操纵指令的运行,设计驾驶环境的响应速度更快,即驾驶环境的灵敏度得到有效提升。 

【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(24)北大核心

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

舰船平面运动坐标系Fig.2Shipplanemotioncoordinatesystem

1安装舰船驾驶环境仿真模拟设备舰船驾驶仿真模拟环境可以分为视景工作站、驾驶操纵台以及控制机3个部分，其中视景工作站中包括视景图形工作站、投影机、显示屏幕以及网络交换机等组成，而舰船驾驶操纵台与实际的舰船中的驾驶舱室相同，具体包括控制计算机、操纵杆以及方向盘等。舰船驾驶环境的仿真模拟设备准备情况及其连接结构如图1所示。图1舰船驾驶环境仿真模拟组成框图Fig.1Blockdiagramofsimulationofshipdrivingenvironment2利用虚拟现实技术建立虚拟场景利用虚拟现实技术，分别建立船舶模型、海面环境模型以及舰船的运动模型，根据实时操作指令数据实现虚拟场景的动态更新[2]。舰船驾驶的虚拟场景主要是通过立体和大视场的显示来实现的，应用虚拟显示技术定义空间中任意一点在虚拟场景中的对应坐标为：xp=xdd+z，yp=ydd+z。(1)(x,y,z)(xp,yp)其中：为实际空间象限中的任意一点；而为对应场景中的坐标值；d为虚拟场景的距离系数。要产生虚拟场景中的立体视觉图像对，最大程度的还原实际海上运行环境，分别设置左右目试点，并得出2个视点对应的虚拟场景坐标为：xl=xdze2d+z，yl=ydd+z，lxr=xd+ze2d+z，yr=ydd+z。(2)式中：(xl,yl)和(xr,yr)对应的就是左右视点对应在虚拟场景中的坐标值。结合上述虚拟现实技术的投影原理，以研究的舰船及其航行的海域为目标，建立相应的虚拟场景。2.1舰船模型收集不同型号舰船的结构数据，在模型建立的过程中先建立一个长方体，

前后2个模型的视图进行融合处理，生成的舰船驾驶环境仿真模拟视景结果如图3所示。图3舰船驾驶环境仿真模拟视景示意图Fig.3Visualsketchofshipdrivingenvironmentsimulation综合考虑舰船航行环境中的水动力系数以及环境影响系数，依照舰船驾驶过程中的操纵控制任务，实现对舰船驾驶的仿真模拟。舰船驾驶环境中操纵运动以及视景中的变化情况如下：(m+mx)u(m+my)vr=XH+XP+XR+XA+XW，(m+my)v(m+mx)ur=YH+YP+YR+YA+YW，(Izz+Jzz)r=NH+NP+NR+NA+NW。(3)mxmyIzzJzz式中：m为舰船原本的质量；和分别为舰船在x和y方向上的附加质量；u和v对应的是运动坐标系中x和y方向速度分量；和分别为螺旋桨的转动惯量；r为转首角速度。X，Y和N分别为纵向力、横向力和转首力矩，而角标H，P，R，A和W对应的是舰船的船体、螺旋桨、舵以及海面环境中风和波浪产生的力与力矩。在速度和方向操作指令控制下，通过式（3）实现对仿真模拟环境视景的变化，从而实现舰船驾驶的仿真模拟。4仿真模拟实验分析为了验证此次设计的基于虚拟现实技术的舰船驾驶环境仿真模拟结果，设计仿真模拟实验，并与传统的驾驶环境仿真结果以及文献[4]中提出的基于ATP的驾驶环境仿真结果进行对比。在主测计算机中安装测试与控制软件，其主界面如图4所示。图4舰船驾驶环境仿真模拟测试与控制软件主界面Fig.4Maininterfaceofsimulationtestandcontrolsoftwareforshipdrivingenvi


本文编号：3136449