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船舶运动建模及虚拟现实技术的实现

何金花  
【摘要】: 从古至今,航海业的发展一直是一个国家兴旺发达的重要标志。对于一个70%都被海水覆盖的地球而言,海上防御对于一个国家的安全有着极其重要的战略意义。随着贸易全球化速度的加快,船舶作为运输业中极其重要的力量之一也日益引起了人们的关注。因此对船舶的研究也显得更加有意义。 国内外对船舶的研究一直没有停止过。在理论上,船舶运动方程也经历了从质点运动到二维再到三维的变化。目前也已经有了较为系统的理论。在实际工程设计中,目前采用较多的方法是水池试验法。既把船舶按照适当的比例缩小进行相应的试验设计。在实验室研究中还有半物理方法,建立船舶模型结合理论计算来设计船舶。但是这些方法都存在一个问题,实验场所要求较高,研究费用大。 随着计算机仿真技术的发展,虚拟现实技术的出现,并被成功的引入到船舶研究中,实验场所要求高,耗资巨大这一问题可以得到相应的解决。虚拟现实技术,它是由计算机产生,通过视、听、触觉等作用,使用户产生身临其境感觉的交互式视景仿真。目前国外如美国、丹麦等国家已经先后建立了航海仿真实验室,并成功的应用于海员训练。 本文主要从虚拟现实技术角度出发研究船舶在不同海况下的运动。首先用海浪谱分析法对船舶运动进行建模,研究了船舶在一定海况条件下不同的运动状态,并用实例对船舶的横摇运动、纵摇和垂荡运动进行了数值仿真,接着采用MultiGen公司的视景仿真软件Creator结合Vega建立了船舶的模型以及一个较真实的海洋仿真环境,最后在VC环境下结合Vega的API函数编写了船舶运动的视景仿真程序。同时文中还涉及了对虚拟现实技术系统的实现基本原理的讨论。整个系统可以较真实的反映船舶在一定的海况下的运动情况,对船舶运动的进一步研究有着积极的意义。


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