基于虚拟现实技术的船用锚机交互仿真系统

针对现有在船员锚机教学培训中存在锚机设备复杂、价格昂贵、培训危险性大等现状,分析虚拟现实技术在航海模拟仿真领域的应用,提出了在锚机交互仿真系统中应用虚拟现实技术的方法。通过采用角色动画中骨骼运动遵循的反向动力学原理来计算得出每个关节旋转,实现虚拟人运动控制及仿真;研究并利用启发式搜索算法A*算法实现虚拟人自动寻路功能;结合基于包围盒和网格剖分的碰撞检测算法,实现虚拟人与锚机之间的碰撞响应。研发的船用锚机三维交互系统可模拟锚机操作的整个过程,完全满足教学培训的需求。     

尾抛式救生艇两种释放过程的建模与分析

为提高船舶救生模拟训练系统中自由降落式救生艇运动仿真的精度,首先分析了救生艇两种释放方式的运动过程,将救生艇自由降落过程分为下滑、旋转、自由下落、入水这4个阶段,并对每个阶段进行受力分析,建立运动方程。根据动量理论和切片理论计算救生艇入水时所受砰击力,利用插值计算方法对救生艇横截面半宽和其入水时的附加质量进行计算,利用Kane方程为吊放救生艇的过程建立运动学方程。最终将数学模型应用到船舶救生模拟训练系统中,该模型能够满足系统需求,提高了仿真的逼真度。     

跨平台船用JLR-7700MK2型GPS仿真系统

由于大部分航海院校及培训机构采用真机设备进行船用GPS设备的教学培训，而采用真机培训成本较高，受场地因素制约，偏离航向和动态航行信息显示等功能无法在实验室环境内完成。基于大圆航线算法实现了仿真设备的航线设计和绘制功能，仿真结果更符合航海实践。采用CSS技术对GPS仿真系统界面进行布局，实现了仿真界面的自动适配功能。基于HTML5技术进行系统的跨平台开发，实现了PC端和移动端JLR-7700MK2型GPS设备的仿真。该系统实现了GPS真机的主要功能的基础上，有效的弥补了真机受场地约束的缺陷，并能够跨平台使用，可满足航海院校及培训机构学生的实操培训需求。     

基于虚拟现实技术的船舶救生培训系统

为提高救生设备培训的效率,保证受训人员的安全,分析船舶救生培训系统的功能需求,设计系统的整体架构。分别为救生艇和救助艇建立四自由度运动数学模型,模拟小艇在水面受风、浪干扰时的运动。根据实际操作需要,设计多角色协同训练模式,提高多人训练的灵活性。为救生艇建立自由降落运动数学模型,模拟其自由降落的过程。应用三维建模软件和Unity 3D引擎构建火灾、大风浪天气、沉船和人员落水等场景,模拟救生演习的一系列过程。研发的船舶救生培训系统运行稳定,培训效果良好。     

船舶救助艇释放运动建模与仿真

采用Kane方法建立了救助艇释放运动模型，考虑了救助艇、柔性吊臂、吊索及船舶之间耦合运动；采用集中质量法建立了吊臂模型，根据弹性应变能函数及耗散函数计算了吊臂的内力；将救助艇和船舶之间的碰撞分为压缩和恢复2个阶段，分别根据赫兹接触理论和永久凹坑的接触力模型计算碰撞力；将吊臂模型与基于伯努利-欧拉梁理论的模型对比，稳定状态的吊臂形状基本一致；将救助艇释放运动模型与现有方法对比，进行了横浪条件下救助艇释放仿真试验与救助艇轨迹在水平和竖直方向的误差分析。分析结果表明:在波高为3 m，波长为245 m时，本文方法的平均绝对误差分别为0.11和0.12 m，现有方法的平均绝对误差分别为0.54和0.34 m；在波高为2 m，波长为60 m时，本文方法的平均绝对误差分别为0.09和0.14 m，现有方法的平均绝对误差分别为1.72和0.31 m；本文方法平均绝对误差均低于现有方法，可见本文方法提高了横浪条件下救助艇释放运动的计算精度；与碰撞试验对比，水平和竖直方向加速度峰值的相对误差分别约为0.5%和60.0%，水平方向加速度的峰值具有较高精确度，可见救助艇释放运动模型可用于辅助分析碰撞试验；根据救助艇释放运动模型，横浪条件下，为避免发生碰撞，4级海况时，救助艇与船舷初始距离最小为2.0倍艇宽，5级海况时，救助艇与船舷初始距离最小为2.5倍艇宽。