基于虚拟现实的船舶航行复杂周围环境图像三维仿真

为提升船舶在复杂航行环境中的安全,提出基于虚拟现实的船舶航行复杂周围环境图像三维仿真方法。该方法使用虚拟现实技术中的Vega Prime虚拟现实开发工具,依据海洋、船舶相关数据与图像,使用Crertor工具建立flt静态三维模型库,从该模型库内导出船舶三维模型所需数据后,使用Vega Prime虚拟现实开发工具的LynXPrime图形界面,对船舶航行复杂周围环境的水体、海浪等进行建模并进行纹理制作后,再通过实时驱动、视景仿真驱动以及仿真交互程序运行,实现船舶航行复杂周围环境图像三维仿真模型的交互。实验结果表明,该方法可有效对船舶航行复杂周围环境的洋流流向、流速、海水温度进行三维仿真。同时也可对船舶航行环境内其他船舶进行红外视景可视化,且应用效果较佳。     

基于Vega的虚拟海洋视景仿真研究

虚拟海洋视景仿真系统足虚拟现实技术在军事领域中的应用.由于海浪运动的随机性,虚拟海洋的计算机生成成为视景仿真领域的研究难点.文中详细讨论了两种海浪模型,重点研究Vega中海浪原理和海洋模块的计算机实现,基于Vega软件生成海浪.从效果图中可以看出,模拟的海浪效果比较好,能够满足实际应用的需求.     

海浪建模方法综述

海浪建模作为海浪模拟的重要组成部分,直接影响海浪模拟的逼真度和效率。侧重于虚拟现实和海面回波仿真的角度对海浪建模进行综述。介绍了海浪的形成过程;详细总结了海浪建模的主要方法及其优缺点;并对今后海浪建模技术的研究重点进行了预测。     

海浪模拟的三维仿真研究

讨论了海浪模拟的Ｌｏｎｇｕｅｔ－Ｈｉｇｇｉｎｓ模型和双叠加法模型,给出了在计算机上实现其三维仿真的具体方法,并从波面细化、颜色处理和光照控制三个方面提出了对海浪模拟效果改进的方法。     

基于 OpenGL 的实时三维海浪可视化仿真

海浪虚拟仿真技术是海上虚拟作战平台模型库构建的重要组成,直接影响到平台运行的逼真性和可行性。论文首先以重力波为例,分析了对规则海浪模型的仿真方法,然后采用线性波浪叠加法和海浪谱理论,探讨了不规则海浪模拟及其三维生成算法,通过建立海面规则网格,调用O penG L函数库,实现了对真实海浪进行模拟,为建立海上虚拟作战平台海浪模型提供了一种技术方案。     

基于OSG的海洋漫游场景开发

针对海上环境气候复杂,模拟困难等原因,本系统在基于OSG三维渲染引擎的基础上,借助OsgOcean场景实现了第一视角的海洋场景漫游,包括船舶模型的调换,天气变化,键盘事件响应来控制船舶运动。首先通过将OSG视景窗口嵌入MFC框架下,并在OSG核心类cOSG中响应海洋场景的生成;其次在模型节点中通过添加和移除节点,动态实现船舶模型的加载和转换,然后通过天空盒中阳光在海面产生的不同光照效果,利用着色器,渲染不同气候下海面的颜色;最后通过OSG三维渲染引擎中的粒子效果,将自定义粒子模块实时加载到场景中,用来模拟大自然中的雨、雪效果。     

WaMoS Ⅱ X波段雷达海面风场反演算法研究

海洋对于人类的意义越来越重要,对海面风场的研究、海洋渔业、军事活动以及海洋资源探究都具有非常重要的意义。以前对海面风场的监测受到设备精度以及海洋环境复杂多变的限制,获取的结果精度较低。本文提出使用改进的光流算法对海面风场进行反演,在传统光流算法基础上进行滤波处理,去除非海浪的图像信号,提高海面风场反演的效果。构建基于WaMoS Ⅱ雷达的X波段雷达监测系统,对某海域的风场数据进行监测,使用改进后的光流算法和原光流算法进行对比验证,表明,使用改进后的光流算法进行海面反演在稳定性、集中度等方面都有非常大的提高。     

基于虚拟现实的船舶三维图像重建方法

通过对船舶三维图像重建处理,提高船舶动态检测识别能力,提出基于虚拟现实的船舶三维图像重建方法。根据船舶图像的空间位置概率分布,构建船舶三维图像的分类子网特征图模型,采用虚拟现实的三维重组技术实现对船舶三维图像重建过程中的纹理渲染和实体建模。在船舶三维图模型的Face Tools中选择虚拟现实重构的面类型,通过颜色、透明度和光照效果的动态渲染实现对船舶三维图像重建。实验表明该方法对船舶三维图像重建的视觉表达能力较好,重建的精密度水平较高。     

基于随机桥理论的海面微波信道建模方法

针对典型海况下的海面无线电波传播及微波信道建模问题,基于陆地多径传播环境下的随机桥过程建模理论,提出一种二维海面微波无线随机信道建模方法。首先,基于P-M海浪谱理论建立典型海况下的海浪电磁仿真模型;然后,采用不同的海况模型进行计算,得到随机电波射线样本数据,分析样本数据并确定随机信道模型参量的数字特征,建立海面微波波段随机多径信道模型;最后,将仿真数据、实验室测试数据和外场测试数据进行对比。结果显示,所建立的随机信道模型有效,可为复杂电磁环境中船用电子设备接收波形的建模与仿真提供有效的理论手段和技术方案。     

海浪预报在港口合理化运营中的应用

长时间、长周期的涌浪,对大型船舶的系靠泊及作业会产生较大影响,可靠的波浪预报数据能够为大型船舶及港口的运营提供生产决策依据。本文基于先进的海浪预报数值模式及技术手段,针对董家口港区影响船舶安全生产作业的海浪进行精细、准确的预报、预警。通过对该港区数值模拟与海浪监测站实测有效波高进行对比,两者吻合较好,均方根误差满足业务化海浪预报要求,为保障船舶系泊安全,合理进行生产调度,提高码头装卸效率提供科学指导。     

三维随机粗糙海面的Monte-Carlo仿真

通过随机粗糙海面的P-M谱密度函数,建立基于Monte-Carlo方法的三维随机粗糙海面模拟模型,并得到随机粗糙海面的均方根高度和相关长度的解析解。利用数值模拟方法产生随机粗糙表面的高度起伏,数值模拟了不同参数下的三维随机粗糙海面。理论分析和仿真结果表明,海面高度起伏随风速增大而增加,与实际情况一致。     

海浪动态仿真研究

对海面波浪的特点进行分析,提出了用合成波加细碎波的方法进行海浪的动态仿真,着重分析利用对合成波参数进行修正的方法来增强模拟风浪的真实效果,海浪模拟图例说明了该仿真方法可行。     

真实感海洋视景仿真中的图形技术

介绍了真实感海洋视景的组成和仿真中所采用的图形技术。从仿真的实时性和真实感出发,着重介绍了实体对象的建模、海空气候环境模型、海洋自然环境模型及海洋场要素的可视化,并研究了提高仿真实时性所采用的光照模型和LOD模型与多级纹理映射相结合的方法。这些算法可以实现动态、逼真的三维真实感海洋环境,方法简单、实用。     

无人水面艇的双目视觉应用

双目视觉技术在汽车辅助驾驶,三维重建,机器人等领域具有广泛应用,本文通过实验,将该技术应用于海洋场景下实现无人艇对环境的感知,本文通过海上实验平台,实地采集了海洋场景下的左右目视图,并对校准后的双目运用SAD方法进行视差立体匹配计算并最终生成海面场景下的视差图像,在ROS下将视差图像映射到三维点云空间,通过点云测量距离与激光测距距离相比较得到双目观测误差的结果,本文通过实验验证了双目视觉技术应用于海洋环境下为无人水面艇提供视觉导航的可行性,具有一定的实用意义。     

基于虚拟现实的VR船舶零部件设计研究

针对传统虚拟现实零件设计公差较大,导致VR零部件契合度较差的问题,研究基于虚拟现实的VR船舶零部件设计。该设计根据零件实体模拟绘制出二维平面草图,按实际比例设置三维图像比例尺搭建三维效果图,将单个三维零件进行组合,调整嵌入尺寸及平衡系数建立三维零件模型组,利用Clut插件进行动态模拟演示,根据零部件灵活度调整公差,实现基于虚拟现实的船舶零件设计。实验结果表明:与传统的VR零部件设计相比,所研究的VR零件设计契合度提高了16.7%。由此可见,所研究的VR零部件设计更满足当下船舶设计的需求。     

两种海浪模式模拟结果的对比研究

利用合成风场驱动SWAN和WAVEWATCHⅢ这两种海浪模式,分别模拟了墨西哥湾海域和印度洋海域的海浪,并将两种海浪模式的模拟结果与波浪实测资料及Jason-1卫星高度计观测资料进行对比研究。研究结果表明:以CCMP风场为背景风场,合成Myers台风模型风场所得的合成风场能较好地模拟台风风场,但对于部分台风风场,模拟结果明显偏小。WW3对台风浪的模拟效果偏弱,SWAN模拟效果更好,与实测值更接近;对于大范围海域的海浪模拟,SWAN对涌浪传播的模拟耗散较大,模拟的波高和周期均偏小,而WW3模拟效果更好。     

大气-海洋-海浪耦合模型在台风过程模拟中的应用

采用MCT耦合器,基于大气模型WRF、海洋模型FVCOM和第三代海浪模型SWAN,建立了大气-海洋-海浪耦合模型,并将模型应用于台风"威马逊"过程的数值模拟。结果表明,选择合理WRF参数,耦合模型能较好地模拟"威马逊"台风的路径、强度。台风作用下的海表温度下降、流场和波浪场的旋转性和偏右性特征也较合理。     

海岸工程建设中的海洋环境高分辨数值预报

在探讨目前海洋环境要素主要分析方法的基础上,选取一个特定的油码头工程水域情况进行研究.建立该水域水文数值模拟预报模型,运用该模型对该水域的自然环境要素进行模拟.对比模拟结果和观测数据表明,数值模拟结果有良好的预报效果,精度高、成本小,可以在海岸工程建设中广泛应用.     

海洋平台波浪荷载数值模拟研究

针对以往采用理论公式和试验方法计算波浪荷载存在一定局限性的问题,基于计算流体动力学软件Flow3D建立三维数值波浪水池模型,模拟规则波与自升式海洋平台相互作用过程,并将波浪力计算结果与理论值进行对比.     

基于虚拟现实的船舶操纵控制系统设计

为了提高船舶操纵控制过程的性能参数评估场景再现能力,提出基于虚拟现实技术的船舶操纵控制系统设计方法。进行船舶操纵控制的3D几何模型建模,采用Multigen Creator技术生成3D虚拟海洋场景模型和船舶实体模型,在Vega Prime应用程序进行船舶操纵控制的视景仿真平台设计,对船舶操纵控制系统视景仿真模拟是建立在三维虚拟现实仿真软件基础上的,通过船舶操纵控制的三维姿态数据加载和程序控制,在视景仿真平台上对船舶操纵控制进行位置调整和参量优化配置,实现船舶操纵控制的虚拟视景开发和系统优化设计。仿真结果表明,本文设计的船舶操纵控制系统能在虚拟视景下实现精确的船舶操纵,视景的逼真度较高,参数控制精度较高。