面向VR航海模拟器的虚拟手交互方法研究

为促进航海模拟器的发展,利用虚拟现实技术高沉浸感以及可交互性的特点构建虚拟现实航海模拟器,重点研究其人机交互问题。以HTC Vive、Leap Motion为硬件载体,通过Unity构建虚拟船舶操纵场景;采用层次包围盒树技术和立体模型堆积算法对虚拟驾驶台控件进行高效的碰撞检测;根据实际船舶操纵特点建立虚拟手操纵方法,并引入反向运动学算法对操纵过程中的虚拟手姿进行实时优化。仿真结果表明,采用改进后的碰撞检测算法运行帧率提高了23.1%,经反向运动学算法优化后手姿稳定性提高了50.8%,实现了高沉浸感与高真实感的船舶操纵,解决了传统虚拟现实仿真中人机交互真实感不足的问题。     

一种基于OBB矩形碰撞检测算法的堆取料机防碰撞方法

在国内散货码头自动化发展趋势与产业结构调整需求的基础上,针对堆、取料机间机械臂碰撞问题进行研究。在此基础上,设计了防撞监测系统,对预警碰撞和安全关闭进行了有效的设计。采用双天线的GPS模块定位技术对大机进行定位,基于定位数据采用2D的OBB(orient bounding box)碰撞检测算法对机器臂进行空间建模与碰撞检测,设计了大机防碰撞监测系统,实现机器臂碰撞预警与安全停机的目的。该方案解决了大机碰撞检测的实时问题,可以较好地应用于堆场作业,有利于提高堆取料机作业效率和自动化水平。     

基于DELMIA的船舶三维设计碰撞检测分析

传统的船舶设计都依赖于经验,自动化程度相对较低,在船舶制造过程中遇到问题往往难以高效解决。因此为了提高船舶建造的智能化水平,同时改善船舶三维设计中的碰撞问题,本文以DELMIA软件作为仿真平台,建立船舶三维数学模型,通过离散仿真系统对有关特性进行研究。借助虚拟控制技术和碰撞检测算法,对船舶建设过程中的管道布局和结构设计进行优化,从而为实际的生产实践提供理论指导。     

QuickTime VR技术及其在现代酒店业中的应用研究

Apple公司推出的QuickTime VR技术是一种基于静态图象处理的能够在微机平台上实现的初级虚拟现实技术.QuickTime VR技术具有研发成本低廉、运行速度快、文件空间小、真实感强和易于操作的特点.本文介绍了QuickTime VR技术的工作原理、基本特色、软硬件需求及其在现代酒店业中的应用研究.     

虚拟现实技术及其在航海仿真中的应用

介绍虚拟现实(VR)的基本概念和发展状况,以及它在航海仿真领域中的应用现状,提出在航海仿真中应用VR的原则,展望了VR在航海仿真中的应用前景。     

基于观察坐标与混合包围盒的装配碰撞检测方法

观察坐标系和碰撞检测是虚拟装配系统中的重要环节，观察坐标系的建立为用户提供更加真实的沉浸感与合理的观察位置，而精确的碰撞检测对提高装配仿真的精度和效率至关重要。本文利用四元数法设计以观察物体虚拟装配模型间干涉的鹰眼观察坐标系，建立系统中物体模型的对应关系函数，提出了AABB和K-DOPs混合包围盒的碰撞检测方法，对相交的物体进行了干涉检测和干涉剔除。将此方法应用于船用柴油机维护保障虚拟装配系统的开发中，通过仿真分析对比，其方法具有较好的精确性和实时性，能够满足虚拟装配系统开发中对沉浸感和碰撞检测的要求。     

虚拟现实与航海仿真技术

介绍了虚拟现实(VR)的基本概念和发展状况，应用特点和关键技术，以及它在航海仿真领域中的应用现状，探讨了在航海仿真中应用VR的原则，展望了VR在航海仿真中的应用前景。     

土木工程中的虚拟现实技术

虚拟现实技术是一项集成性极高的高新信息技术,本文通过对VR技术的讨论分析了VR技术在土木工程中的应用,指出VR技术必将在土木工程中发挥越来越重要的作用。     

集装箱桥吊仿真训练系统中碰撞模型的建立与实现

碰撞模型是仿真系统中重要的也是关键的一部分，集装箱桥吊的高速化对碰撞检测的实时性提出了很高的要求，同时吊具模型的复杂性与集装箱桥吊装卸过程的特点增加了碰撞检测的难度。本文应用简化、高效的碰撞线检测方法较好地解决了桥吊仿真训练系统中的碰撞问题。     

基于VR技术的舰船航行环境快速重构研究

由于点云数据匹配数量不足,导致重构的三维图像与实际图像之间存在较大位置误差。针对上述问题,进行基于VR技术的舰船航行环境快速重构研究。研究以VR技术为依托,利用VR技术中的核心计算机完成4个步骤。首先对前端VR成像设备采集到的二维点云图像进行预处理,包括点云去噪和精简;然后进行摄像机标定,确定摄像机数学模型,从而得出三维空间中物体的几何信息;再以得到的几何信息为基础,进行点云特征点检测与点云匹配;最后利用VR技术中的VTK软件实现自动重构。结果表明,与2种传统重构方法相比,本方法应用后,点云匹配数量更多,重构的三维图像与实际图像之间的位置误差更小,证明了本方法的重构性能。     

基于ARPA算法的航海应用研究

研究如何拓展ARPA在航海领域的应用,设计一种操作简单且直观的为操纵者提供船舶当前态势,并能实时为操纵者提供避碰决策的雷达避碰算法,对船舶操纵者保证航行安全,有重要的意义。介绍了罗盘坐标系与笛卡尔坐标系转换的算法,设计了基于避碰解析几何的态势标绘算法和避碰标绘算法。     

基于遗传算法的内河船舶避碰路径优化研究

提出一种遗传算法用于解决内河狭窄弯曲航道中的船舶避碰问题。运用算法的空间寻优能力,设计简单的编码,根据航道及障碍物等约束条件,按照一定的优化准则设计出相应的适应度函数。通过计算机仿真表明,该方法具有良好的避碰路径寻优能力,为最终实现自动避碰奠定基础。     

基于"当前"统计模型的机动目标运动要素解算

在避碰过程中,舰船一般处于机动状态.因而,对机动目标运动要素解算的精度直接影响到避碰的效果.通过对多种模型的比较,选用了"当前"统计模型,"当前"统计模型相对于其他模型能够更为真实地反映目标的机动变化.仿真结果表明,此算法收敛迅速并有较高精度,其解算所得的目标运动要素能够满足舰船避碰等实用要求.     

基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法

[目的]为实现沿海无人驾驶船舶自主航行,充分考虑无人驾驶船舶智能避碰决策的合理性和实时性后,提出并建立一种基于驾驶实践的无人船智能避碰决策方法。[方法]首先,以本体论为基础,设计无人驾驶船舶航行态势本体概念模型,并结合《国际海上避碰规则》及良好的船艺将船舶航行态势量化划分为12种会遇场景;然后,从驾驶实践的角度改进影响碰撞危险度因子的模糊隶属度函数,提出一种多元碰撞危险度评估模型,实现船舶碰撞危险度的精确计算;最后,以船舶避碰总路径最短为目标函数,提出一种基于驾驶员视角(BOP)的智能避碰决策模型,在船舶操纵性、舵角限幅等约束下求解最优避碰策略,并在典型的会遇场景下进行仿真实验。[结果]结果表明,该方法可以准确判断驾驶航行态势,给出合理的转向策略,实现典型会遇场景下的有效避碰。[结论]所做研究可为实现船舶自主航行提供理论基础和方法参考。     

虚拟装配中基于层次包围盒的空间快速验证

[目的]针对现有虚拟装配与维修中可移动空间计算的算法精度、效率较低,甚至缺少算法的问题,结合舰船虚拟装配、维修的实际需求,提出一种能够快速、准确计算零部件在移动空间中碰撞验证的算法。[方法]首先,以层次包围盒与三角面片相交检测算法为基础,改进层次包围盒与三角面片在移动空间中进行变换的方法;然后,根据二分法与递增法求得干涉距离,提出一种空间碰撞验证与空间距离验证的算法;最后,利用CATIA二次开发技术设计并开发空间快速验证模块,验证算法的合理性与准确性。[结果]实例结果表明,在复杂程度不同的2000多个零件模型中,计算空间碰撞的时间在100 ms以内,计算空间距离的时间约为0.5 s。[结论]该算法在舰船设计人员考虑装配与维修空间时可起到较大的辅助作用,能够有效缩短舰船设计周期、生产周期与维护周期。     

对船舶间“避碰协议”性质的分析

现通行的观点认为,船舶间通过VHF进行联系,达成了避让的“协议”,分为“协议避碰”和“协议背离”两种情况.在实践中,时有因两船间的这种“协议”而导致了碰撞事故的发生,在分析和归责的过程中形成了两种不同的观点,导致了碰撞责任分析和分摊的巨大争议.通过对这些争议的分析,将其归纳为“承诺履行说”和“规则至上说”.根据长期的航海实践和对碰撞事故处理的实践,就如何理解这种船舶间协调避让一致的意见的性质,这种避让行为的协调在归责中的地位和作用如何等,进行了分析,表达一些不同的观点,以期达到正确理解和履行这种船舶间协调的意向,真正起到避免碰撞的积极作用.     

基于PCS的多刚体碰撞过程仿真算法

在虚拟环境下,为了快速精确地实现多个刚体的碰撞效果,不能单纯地采取两两相互作用的顺序检测机制。文章利用离散法进行碰撞检测,首先,计算出在帧间隔时间内的潜在碰撞集（PCS）,然后,利用关系矩阵实现PCS的求解,并对碰撞时刻进行递归求解,实现多刚体的碰撞处理;最后,对多个球体构成的理想化碰撞系统进行了仿真实验,验证了本文提出的算法。     

岸桥吊具碰撞仿真的运动状态描述

碰撞模型是岸桥仿真训练系统中的关键部分,它包括碰撞的检测、碰撞状态的确定、碰撞后运动的计算、着箱判断等。本文详细分析碰撞中的各种情况。     

VSP与CT技术对在役高桩码头结构损伤的检测与应用

在役高桩码头结构检测时由于结构形式复杂、需水上作业等因素,采用传统方法难以对其进行全面损伤检测。本研究在自主研发相关仪器设备的基础上,综合采用VSP基桩测试设备与混凝土结构内部损伤CT扫描设备,对船舶撞击后的某油田钻井平台码头进行检测与评判。检测结果发现,采用VSP与CT联合检测技术,能对在役高桩码头上部结构及基桩的损伤进行准确检测,并可根据检测结果对码头上部结构与基桩的损伤程度做出科学的评价,较好地解决了在役高桩码头结构损伤全面检测的技术难题,可作为一种新型的在役码头检测手段进行应用推广。