智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究
发布时间：2021-10-30 20:16
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。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(23)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
AUV模块Fig.5TheAUVmodule
，使AUV保持与母艇纵向速度一致，同时调整姿态至适合坐落，准备进入坐落阶段。此时导引方式以光学导引为主，声学导引为辅，母艇背部的列光源可以增加摄像机捕捉范围，提高导引能力。坐落段：当AUV调整自身速度、位置姿态适合坐落时，开始垂直坐落，通过识别布置在回收装置上的光源不断调整自身艏向与位置，当AUV距离回收装置较近时，导引系统难以发挥作用，此时关闭垂向推进器依靠惯性“降落”到回收装置内，然后关闭所有推进器，锁紧完成回收。整个整个回收系统的体系结构如图1所示。图1系统结构示意图Fig.1Systemstructurediagram2视景模块建模及场景构建为了能够直观的体验真实的对接过程图像，下面首先将构建三维仿真环境，包括海底地形、AUV载体、母艇与对接装置。首先应该建立起海底地形的虚拟场景，为了模拟真实的海洋环境，首先通过GeoSwathPlus软件，把测深侧扫声呐得到的实际海底地形数据进行滤波插值和网格化处理，将得到的原始地形信息转换为TIFF文件，然后利用Creator软件生成DED文件，同时通过细节层次技术设置层次细节参数，在尽量保证视觉观感的前提下，增加仿真的实时性。对于AUV模型，因为不同部位的几何形状不同，所以分为4部分建模，分别是主艇体、侧推、主推、螺旋桨叶片。首先，依照机器人的实际尺度，通过几何体工具箱对机器人外形进行粗略建模，再通过几何修改工具将模型进行更细致的设计，提高精度。图2地形建模Fig.2Terrainmodule图3主艇体Fig.3Themainhull图4尾部Fig.4Thestern主艇体可以分为首部、中部以及尾部，侧、垂推由槽道管与桨叶组成，主推包括4台导管桨，呈一定的内倾角分布，?
Φ慕换タ刂瞥绦蚣纯赏瓿筛髦质?景仿真操作。在Vega的主循环程序里面，每进行一次主循环，三维场景就能完成一次更新。当Vega主循环完成时，求解一次AUV的动力学方程，结合初始条件的空间位置以及运动状态，可以解算出当前时刻AUV的三维坐标和状态信息，线程之间通过定义全局变量将状态信息传递给Vega线程，线程之间的通信过程如图9所示[9]。可以看出，包含视景效果的仿真模块以AUV动力学模型为基础，与MFC环境下改写的Vega程序相结图5AUV模块Fig.5TheAUVmodule图6回收装置模块Fig.6Recoveryunitmodule第42卷孙叶义，等：智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究·49·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟现实的船舶操纵控制系统设计[J]. 鲁丽彬. 舰船科学技术. 2018(04)
[2]基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统[J]. 佘建国,高军丰,范晓卫. 舰船科学技术. 2012(05)
[3]太空环境建模研究与实现[J]. 宋毅军,杨格兰,田尊华. 计算机仿真. 2010(01)
[4]多通道汽车驾驶模拟器视景仿真系统设计与实现[J]. 王锴,高嵩,吴超仲. 交通信息与安全. 2009(02)
[5]MFC框架下基于Vega的视景驱动程序设计研究[J]. 李明泽,毛学刚,范文义. 现代计算机(专业版). 2007(10)
[6]基于Vega的车辆驾驶模拟视景仿真[J]. 江学东,陈无畏. 公路与汽运. 2007(02)
博士论文
[1]水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D]. 常艳艳.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]多AUV协同导航优化算法与编队构型设计[D]. 刘杨.哈尔滨工程大学 2015
本文编号：3467361
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(23)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
AUV模块Fig.5TheAUVmodule
，使AUV保持与母艇纵向速度一致，同时调整姿态至适合坐落，准备进入坐落阶段。此时导引方式以光学导引为主，声学导引为辅，母艇背部的列光源可以增加摄像机捕捉范围，提高导引能力。坐落段：当AUV调整自身速度、位置姿态适合坐落时，开始垂直坐落，通过识别布置在回收装置上的光源不断调整自身艏向与位置，当AUV距离回收装置较近时，导引系统难以发挥作用，此时关闭垂向推进器依靠惯性“降落”到回收装置内，然后关闭所有推进器，锁紧完成回收。整个整个回收系统的体系结构如图1所示。图1系统结构示意图Fig.1Systemstructurediagram2视景模块建模及场景构建为了能够直观的体验真实的对接过程图像，下面首先将构建三维仿真环境，包括海底地形、AUV载体、母艇与对接装置。首先应该建立起海底地形的虚拟场景，为了模拟真实的海洋环境，首先通过GeoSwathPlus软件，把测深侧扫声呐得到的实际海底地形数据进行滤波插值和网格化处理，将得到的原始地形信息转换为TIFF文件，然后利用Creator软件生成DED文件，同时通过细节层次技术设置层次细节参数，在尽量保证视觉观感的前提下，增加仿真的实时性。对于AUV模型，因为不同部位的几何形状不同，所以分为4部分建模，分别是主艇体、侧推、主推、螺旋桨叶片。首先，依照机器人的实际尺度，通过几何体工具箱对机器人外形进行粗略建模，再通过几何修改工具将模型进行更细致的设计，提高精度。图2地形建模Fig.2Terrainmodule图3主艇体Fig.3Themainhull图4尾部Fig.4Thestern主艇体可以分为首部、中部以及尾部，侧、垂推由槽道管与桨叶组成，主推包括4台导管桨，呈一定的内倾角分布，?
Φ慕换タ刂瞥绦蚣纯赏瓿筛髦质?景仿真操作。在Vega的主循环程序里面，每进行一次主循环，三维场景就能完成一次更新。当Vega主循环完成时，求解一次AUV的动力学方程，结合初始条件的空间位置以及运动状态，可以解算出当前时刻AUV的三维坐标和状态信息，线程之间通过定义全局变量将状态信息传递给Vega线程，线程之间的通信过程如图9所示[9]。可以看出，包含视景效果的仿真模块以AUV动力学模型为基础，与MFC环境下改写的Vega程序相结图5AUV模块Fig.5TheAUVmodule图6回收装置模块Fig.6Recoveryunitmodule第42卷孙叶义，等：智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究·49·
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟现实的船舶操纵控制系统设计[J]. 鲁丽彬. 舰船科学技术. 2018(04)
[2]基于Vega的双通道船舶甲板重吊视景仿真系统[J]. 佘建国,高军丰,范晓卫. 舰船科学技术. 2012(05)
[3]太空环境建模研究与实现[J]. 宋毅军,杨格兰,田尊华. 计算机仿真. 2010(01)
[4]多通道汽车驾驶模拟器视景仿真系统设计与实现[J]. 王锴,高嵩,吴超仲. 交通信息与安全. 2009(02)
[5]MFC框架下基于Vega的视景驱动程序设计研究[J]. 李明泽,毛学刚,范文义. 现代计算机(专业版). 2007(10)
[6]基于Vega的车辆驾驶模拟视景仿真[J]. 江学东,陈无畏. 公路与汽运. 2007(02)
博士论文
[1]水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D]. 常艳艳.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]多AUV协同导航优化算法与编队构型设计[D]. 刘杨.哈尔滨工程大学 2015
本文编号：3467361
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