全任务航海仿真系统的评价方法及关键技术研究

全任务航海仿真系统是一种典型的人在回路中的仿真系统,也是当今虚拟现实研究的重要应用领域.评价全任务航海仿真系统性能的优劣,主要用三个真实感:行为真实感、环境真实感和物理真实感来衡量.行为真实感由所采用的船舶运动数学模型所确定,环境真实感主要由视景系统所确定,物理真实感主要由所采用的仿真驾驶台及仪器设备所确定.详细介绍全任务航海仿真系统所涉及的关键技术;体系结构及和三个真实感衡量标准所对应的船舶运动数学模型、视景系统和仿真设备.     

集装箱装卸仿真系统的运动模型和原型机

本文首先介绍了集装箱装卸仿真系统研制的现实意义和技术背景，详细分析了利用拉格朗日方程建立系统运动模型，及采用四阶龙格库拉法对模型进行求解的方法，该模型现已成功地应用在集装箱装卸仿真原型系统中。文中同时介绍了采用OpenGVS开发原型机所涉及到的一些关键技术。     

改进的实时海浪网格模型

基于深水中的长峰波波浪模型,给出了视点相关的梯形海面网格自适应模型,能快速逼真的实时生成航海仿真系统中的多通道海浪。本算法只对每个通道可见部分的网格海面进行计算,满足屏幕图像各点的分辨率,在保证较好的图像质量的同时提高了绘制效率。可以通过控制网格的疏密和波浪序列的数目,灵活的控制绘图的质量和计算时间上的花费,满足不同配置的仿真应用。     

V. Dragon 2000分布式航海仿真系统中的图形技术

介绍了V．Dragon2000分布式航海仿真系统的体系结构和采用的图形技术：视景生成技术、雷达图象生成和电子海图显示技术。从仿真系统的实时性和真实感角度出发，着重介绍了视景生成技术中基于海浪谱的不同浪级海面的仿真模型、基于粒子系统和图象合成的船舶航迹流仿真模型和基于海图等高线数据的三角优化构网算法，这些算法可实现海面和船舶航迹的实时动态仿真，并可自动实现真实港口的地貌建模，方法简单、实用。     

航海模拟器中的太阳视运动轨迹的算法

在传统天文学的天体视运动轨迹计算方法的基础上,给出一种在航海模拟器中应用的太阳视运动轨迹的计算方法,并且针对太阳在视运动当中高度变化的特点,提出了一种新的坐标变换方法,以逼真模拟太阳的视运动.     

航海仿真虚拟环境的海浪视景生成技术

分析了海面浪花的生成条件，用粒子系统和图象合成相结合的方法，实现了动态海面及海面浪花的实时仿真。在模拟船舶周围浪花时，作者提出了椭圆模型，可方便行确定粒子的随机初始位置，通过调整粒子在椭圆上的限定范围，可用同一粒子系统，分别模拟出船体首部，尾部以及其它部位的兴波，并给出了粒子各属性的确定方法。     

码头岸壁的凹凸贴图绘制

介绍凹凸贴图的几种方法,详细分析了点乘凹凸贴图,特别是从物体空间到切线空间的变换过程.基于GPU顶点着色及像素着色,应用点乘凹凸贴图绘制码头岸壁,岸壁表面看上去凹凸不平,取得了逼真效果.为基于GPU进行船舶操纵模拟器的开发做了有益尝试.     

用于仿真的等高线数据三角优化构网

视景系统是航海模拟器的一个十分重要的部分，航海模拟器要求视景系统可实时连续地显示某一真实港口的三维景像．从海图上采集等高线的DEM数据，然后进行三角优化构网，进而生成该不规则三角网格的层次细节模型，可满足航海模拟器对视景系统的要求．文中在分析了现有剖分算法的基础上，提出了基于点插入法和多边形剖分算法相结合的混合算法，该算法可方便地用于生成基于等高线数据的Delaunay三角剖分．该算法已成功地应用于航海仿真系统的视景建模。     

航海模拟器视景的建模

在简述DWB建模工具结构和功能的基础上,详细介绍航海模拟器视景建模工作的步骤及几种典型物体的建模方法。阐述如何使用纹理、LOD等关键技术来保证所建模型的准确性、真实性和实时性。这些方法和技术在“大型船舶操纵模拟器”项目中应用,取得了令人满意的效果。     

航海模拟器中的视景系统

从航海模拟器对视景系统的基本要求出发,对在选择航海模拟器视景系统的软硬件开发平台时首先要考虑的因素,例如分辨率、更新速率、水平视场角、视景的复杂程度、真实感及图像质量等作了详细分析,提出了具体指标和现阶段一些切实可行的措施,这些指标和措施已成功地应用于“大型船舶操纵模拟器”中,获得国内外同行的一致好评,事实证明这种选择是正确的。