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ROV作业视景仿真技术研究

迟迎  
【摘要】:海上油气田水下设施应急维修作业具有环境复杂、作业状态难以预判、风险巨大以及作业人员培训困难等特点。ROV水下作业仿真模拟培训系统,使得在虚拟环境中对作业人员进行岗位培训成为可能,使作业人员认识和感知操作要求和作业流程,学习操作规程,提高安全意识;可对水下作业进行预演,评价作业方案的可行性,提高作业效率及作业安全性。 ROV作业视景仿真分系统是ROV水下作业仿真模拟培训系统的重要组成部分,通过可视化技术逼真模拟三维模型和海洋环境,生成ROV遥控操纵、观察、检测等训练场景,为作业评估人员提供逼真的水下作业景象,用于判定作业的可行性、有效性。 本文围绕ROV作业视景仿真技术,从以下几个方面展开研究: 首先,应用三维建模软件Multigen Creator,根据真实照片和尺寸建立了静态三维模型数据库。继而着重研究了OpenGL与Vega Prime的接口(VSG接口)技术,并基于南海真实海底地形高程数据和纹理贴图,利用OpenGL绘图语言在Vega Prime平台下实时绘制生成海底地形。其中,地形的绘制采用基于规则网格的多分辨率地形生成技术和纹理映射方法,较好地解决了三维地形中的时空连续性问题;而虚拟场景实时图形绘制加速技术的运用,提高了三维地形实时绘制的效率。 其次,为了真实展现柔性脐带缆在深海作业时的形态,本文采用凝集参数法对柔性脐带缆进行简化和受力分析,建立水动力方程并求解。基于得到的数值解,利用OpenGL对柔性脐带缆进行动态绘制,并采用VSG接口技术将其与Vega Prime中预设的ROV模型衔接起来,完成ROV柔性脐带缆的动态模拟。 再次,为了真实模拟螺旋桨的水花特效,利用Fluent计算螺旋桨的水动力性能并提取了螺旋桨周围的流场数据,再根据该数据在Vega Prime中的粒子系统平台下进行螺旋桨水花特效仿真。 最后,完成了场景漫游、ROV运动可视化、声呐仿真、碰撞检测,三通道显示等模块的仿真设计,利用VC++编程整合各功能模块,实现ROV水下作业视景的渲染和驱动。 通过本文的研究,实现了ROV水下作业场景的仿真,达到了视景逼真度与渲染实时性的要求,能够为ROV水下作业仿真模拟培训系统提供真实、生动的水下作业景象。


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