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船舶机舱虚拟仿真系统开发-船舶虚拟仿真实训平台建设

发布时间:2023-08-25

编辑人:灵图互动

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船舶机舱虚拟仿真系统利用虚拟现实技术,建立逼真的船舶机舱虚拟场景,使得学员可以在虚拟机舱环境中进行漫游和操作,是对现有船舶轮机模拟器很有益的补充,有利于提高轮机员培训的教学质量。

船舶机舱虚拟仿真系统的功能

1. 船舶机舱虚拟仿真系统的功能

根据船舶轮机模拟器功能的需要及实际应用的需求,船舶机舱虚拟现实仿真系统应具有以下几方面功能:

1.1 虚拟机舱场景漫游

根据实船机舱场景,建立逼真的虚拟场景三维模型,实现对虚拟场景的实时驱动。实现可控制漫游和自动漫游两种漫游方式。在可控制漫游方式下,漫游者可以随意改变观察者的视角和位置,控制观察者在虚拟机舱中漫游;在自动漫游方式下,系统根据设定好的路线自动漫游;在漫游过程中可以通过菜单实现可控制漫游方式和自动漫游方式之间的切换,及不同观察者初级位置之间的切换。

1.2 实现虚拟机舱设备与船舶轮机模拟器之间的互操作

建立与船舶轮机模拟器之间通信,实时接收模拟器的数据,保持虚拟场景中虚拟设备的状态与船舶轮机模拟器相应设备状态一致;通过对虚拟机舱中相关设备的控制,实现对轮机模拟器的操作。

1.3 建立完善的碰撞检测

在可控制漫游方式下,漫游者控制的观察者在机舱中漫游时,当接触到机舱中的设备和墙壁时,做出必要的反应,以增加场景漫游的真实感。

船舶机舱虚拟仿真系统的功能

2. 船舶机舱虚拟仿真系统开发

船舶机舱虚拟仿真系统的开发流程涉及到了许多方面,主要包括三维虚拟场景的建立,实时视景生成,船舶机舱虚拟场景漫游的实现,碰撞检测的实现,以及与船舶轮机模拟器之间的通信等。

2.1 三维虚拟场景的建立

三维虚拟场景的建立是船舶机舱虚拟仿真系统的基础。基于实际机舱内设备布置图纸标注和实地测量数据,使用Creator和3d MAX三维建模软件首先建立各设备的模型,然后根据实船布置,建立出船舶机舱虚拟场景。同时,为了增强视觉效果与图形系统负荷之问的高效平衡,需采用模型结构调整、纹理映射、层次细节模型、实例化技术、外部引用等技术方法对场景进行优化。

2.2 实时视景生成

实时视景生成是船舶机舱虚拟仿真系统的关键部分,它的目标是在保证场景真实感与实时性的同时,达到尽可能高的绘制效率。由于视景图像的高质量和图形绘制的高效率常常形成矛盾,因此,为了达到这两者之间的平衡,我们必须对场景模型进行适当的优化。主要会涉及到模型结构的优化、模型面数的优化、层次细节技术、LOD 与Morphing 技术相结合等。

2.3 船舶机舱虚拟场景漫游的实现

船舶机舱虚拟场景的漫游意味着用户可以在虚拟环境中自由移动和探索。船舶机舱虚拟场景漫游的实现通常使用虚拟仿真软件结合Visual C++编程环境,利用虚拟仿真软件图形用户界面和API函数,设计实现了虚拟场景漫游的功能:自动漫游和可控漫游。

在自动漫游方式下,系统按照预先设定好的漫游路径及在该路径上每一关键点处的观察者视角,渲染每一帧画面,不加人为干预,自动对整个场景进行漫游。

在可控制漫游方式下,使用鼠标和键盘控制视点的变化,模拟人在虚拟环境中观察场景。机舱漫游系统运行时,用户可在不重新启动漫游系统的情况下在自动漫游方式和可控制漫游方式之间随意切换。同时,用户可以通过菜单快速到达并查看一些重要的机舱设备,而不用通过键盘控制方式在机舱中漫游查找。

船舶机舱虚拟场景漫游的实现

2.4 碰撞检测的实现

为了使虚拟场景更加真实,需要实现碰撞检测。简单来说,就是检测并处理用户在虚拟环境中与物体的碰撞。首先首先通过虚拟仿真软件的碰撞检测工具,进行碰撞检测初始化设置,设置检测的目标,选择整个场景作为检测的目标,接下来是设置碰撞检测的方法,然后设置相交矢量的最大最小值,最后设置 碰撞方向矢的长度。调用虚拟仿真软件的相关函数,更新相交矢量完成碰撞检测。同时对碰撞结果进行处理,并产生相应的视觉和声音效果。

2.5 与船舶轮机模拟器之通信

通过在运行船舶机舱虚拟仿真系统的计算机上安装与船舶轮机模器一样的虚拟仿真支撑平台,通过该平台提供的接口函数,实现对轮机模拟器模型主计算机数据的读取和修改。

船舶机舱虚拟仿真系统的开发是一项比较复杂的工程,它需要详细的规划,精确的建模,高效的算法,以及严格的测试和优化。以便给用户提供一个更加接近真实场景的虚拟仿真系统,同时系统通过与轮机模拟器进行通信,可保持视景中虚拟设备的状态与船舶轮机模拟器所模拟的相应设备的状态一致,并且可通过对虚拟机舱中相关设备的控制,实现对轮机模拟器的操作,进而提高培训效果与效率。


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