船舶操纵模拟器中虚拟人的应用研究

发布时间：2017-09-20 22:03

  本文关键词：船舶操纵模拟器中虚拟人的应用研究

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【摘要】：在船舶操纵和靠离泊的过程中,需要船员对舵轮、车钟、缆绳等设备进行一系列的操作,才能保证船舶操纵和靠离泊过程的顺利完成。因此,在船舶操纵模拟器中,很有必要对船员及其动作进行模拟。大连海事大学航海动态仿真和控制实验室现有的V.Dragon 3000型船舶操纵模拟器的视景系统中仅能对人员落水场景进行模拟。本文对虚拟人技术进行了深入研究,在船舶操纵模拟器的视景系统中加入虚拟人,丰富了模拟器视景系统的显示内容,提高了船员教育培训的效果。本文主要的研究工作如下：第一,虚拟人的几何建模。采用分层模型的表示方法在3D Studio Max(3ds Max)建模软件中创建了一个具有皮肤层、肌肉层和骨骼层的虚拟人几何模型,该虚拟人几何模型形态逼真,具有较强的真实感。第二,虚拟人的运动控制。采用关键帧动画的方法通过控制虚拟人几何模型的骨骼在3ds Max建模软件中实现了虚拟人的运动控制,基本完成了虚拟人的行走、操舵、操车等船舶操纵相关的行为动作,较好地实现了对真实船员行为动作的模拟。第三,A*路径规划算法的实现。通过对A*算法进行深入的研究,掌握了A*算法的设计方法和算法流程,通过编程实现了基于Microsoft Foundation Classes(MFC)的A*算法,所实现的程序可以较好的实现路径规划功能。第四,船舶操纵模拟器中虚拟人的路径规划。将所实现的A*算法应用到船舶操纵模拟器中虚拟人的路径规划,在OpenSceneGraph(OSG)三维渲染引擎中实现了虚拟人的路径规划,使得虚拟人在模拟器的视景系统中能够沿着一条无障碍物的路径行走。
【关键词】：船舶操纵模拟器 虚拟人 几何建模 运动控制 路径规划
【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】：U666.158
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文的主要内容及组织结构安排13-15
• 第2章 虚拟人技术的理论基础15-22
• 2.1 虚拟人技术概述15-16
• 2.2 虚拟人的几何建模理论16-18
• 2.3 虚拟人的运动控制理论18-20
• 2.4 虚拟人的运动合成理论20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 虚拟人应用的关键技术22-33
• 3.1 路径规划算法22-28
• 3.1.1 路径规划算法综述22-23
• 3.1.2 A~*算法概述23-24
• 3.1.3 A~*算法流程24-26
• 3.1.4 A~*算法实现26-28
• 3.2 碰撞检测算法28-31
• 3.2.1 碰撞检测算法概述28
• 3.2.2 包围盒碰撞检测算法28-30
• 3.2.3 物理引擎方法30-31
• 3.3 本章小结31-33
• 第4章 虚拟人应用研究的设计与实现33-47
• 4.1 总体开发框架33-34
• 4.2 开发工具简介34-35
• 4.3 虚拟人的几何建模35-36
• 4.4 虚拟人的运动控制36-37
• 4.5 虚拟人模型的导出与运动合成37-39
• 4.5.1 虚拟人模型的导出37-39
• 4.5.2 虚拟人的运动合成39
• 4.6 虚拟人路径规划的实现39-46
• 4.6.1 虚拟环境的构建39-40
• 4.6.2 虚拟人模型文件的导入40-41
• 4.6.3 虚拟环境的栅格化41
• 4.6.4 障碍物模型的栅格映射41-42
• 4.6.5 虚拟人沿避障路径行走42-43
• 4.6.6 虚拟人关键帧动画的连续播放43-44
• 4.6.7 可出入障碍物模型的栅格映射44-46
• 4.7 本章小结46-47
• 第5章 总结与展望47-48
• 5.1 总结47
• 5.2 展望47-48
• 参考文献48-52
• 攻读学位期间公开发表论文52-53
• 致谢53-54
• 研究生履历54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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2 雷艳敏;冯志彬;;改进的势场栅格法在机器人路径规划中的应用[J];长春大学学报;2009年02期

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4 赵沁平;;虚拟现实综述[J];中国科学（F辑:信息科学）;2009年01期

5 蔡林沁;梅涛;孙怡宁;;用于决策训练的虚拟人行为认知模型研究[J];系统仿真学报;2008年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周婷;基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划及实现[D];中南大学;2010年

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本文编号：890632