基于虚拟现实的游艇模拟驾驶仿真装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于虚拟现实的游艇模拟驾驶仿真装置，该装置包括显示器、舵机控制台、音响设备、计算机图形工作站、电源及开关。舵机控制台由方向盘与操纵杆组成，方向盘用于操纵游艇航行方向，操纵杆用于控制游艇运动状态；计算机图形工作站内的仿真模拟器引擎集成了虚拟场景及游艇驾驶的处理单元，用户通过键盘或舵机控制台将游艇运动状态参数传入仿真模拟器进行处理，实现外部硬件设备与虚拟海洋场景的无缝结合；用户操作的同时，显示器将图形工作站输出信息进行同步显示，结合音响的音频输出，最终形成游艇驾驶模拟训练的效果；电源及开关控制装置的供电。本实用新型专利技术提供两种视角切换，实现逼真的游艇驾驶模拟效果，为游艇驾驶仿真提供便利。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种游艇驾驶员航行训练模拟仿真装置，具体来说为一种基于虚拟现实技术的游艇模拟驾驶仿真装置。
技术介绍
目前市场上绝大部分的游艇模拟器是基于真实船舶模型，结合船舶航行的特征搭建游艇驾驶模拟训练所需的仿真环境，其缺点是场地占用面积大及成本高，未能同时满足多人次的游艇模拟驾驶训练。另一部分的游艇模拟器虽然做到了占地面积小，降低了模拟器的开发成本，实现了游艇模拟器的基本功能，但沉浸感和交互感不强，缺乏趣味性和新颖性，三维视景仿真效果欠佳，未能满足游艇驾驶模拟训练的需要。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述缺陷而提供的一种基于虚拟现实技术的游艇模拟驾驶仿真装置，该装置将游艇舵机交互设备、三维海洋视景仿真技术巧妙结合起来，搭建简易的游艇模拟驾驶仿真装置，致力于完整的再现游艇驾驶的航海流程，使游艇驾驶学员通过舵机交互设备和三维海洋虚拟场景互动，增强交互性，改善了学员体验，增强游艇驾驶员实际驾驶各类游艇的能力，并提供大规模的游艇模拟驾驶仿真训练。可用于游艇的模拟操纵训练、船舶避碰、BRM训练、电子海图、雷达模拟操作训练和评估，还可用于船舶通信、船舶靠离码头、抛起锚、系离浮筒、海难救助等技能训练。满足海上船舶动态显示、仿真船舶海上航行及模拟操纵、船舶运动数模、操纵性能预报和结果分析。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：基于虚拟现实技术的游艇模拟驾驶仿真装置，包括计算机图形工作站、舵机控制台、显示器、音响设备。其特征在于计算机图形工作站分别与显示器、舵机控制台、音响设备连接；舵机控制台通过数据传输线与计算机图形工作站连接，负责接收和传输操作人员的操作指令，由图形工作站进行游艇航行模拟运算。计算机图形工作站作为游艇模拟器仿真的控制中心，安装了游艇仿真软件，负责接收、处理及发送游艇模拟航行的各类数据。游艇仿真软件由数据交换单元和三维仿真单元、仿真模拟器引擎组成。数据交换单元负责解析来自舵机控制台的指令。三维仿真单元负责对用户的操作指令进行响应及进行场景的渲染，由三维虚拟视景仿真模块、船舶碰撞检测模块、声音绘制模块组成。三维虚拟视景仿真模块所加载的海洋地理场景、船舶模型、海浪进行高逼真度仿真及加速渲染；船舶碰撞检测模块负责处理场景漫游及游艇航行模拟中的碰撞检测；声音绘制模块负责绘制游艇航行过程中的声音特效。仿真模拟器引擎对数据交换单元和三维仿真单元的各个模块进行处理，最终通过与之相连的显示器和音响设备进行同步，以实现连续视点的游艇航行模拟。根据本技术所述的基于虚拟现实的游艇模拟驾驶仿真装置对虚拟场景逼真渲染及漫游顺畅性要求，图形工作站要求配置8G内存，4G以上独立显卡，具有1920*1080以上的分辨率。本技术主要包括用户通过控制台上的游艇操纵杆、操纵按钮和方向盘实现游艇仿真驾驶的仿真训练模拟。舵机控制台通过控制台上的方向盘和操纵杆获得操作人员的操作指令，然后通过控制台底板的模数转换电路将获得的模拟信号转换成数字信号，再通过数据传输线将数字信号传送到仿真软件，仿真软件将接收到的数字信号进行解析后传到三维仿真单元，由三维仿真单元的各个模块进行处理，最终将仿真效果实时传输到显示器及音响设备上，实现游艇驾驶的实时逼真模拟。本技术所述的基于虚拟现实技术的游艇模拟器仿真装置，具有以下优点和积极效果：1）规范性：本技术仿真严格按照游艇驾驶员培训与考试大纲、游艇模拟器实操训练与评估大纲、游艇模拟器实操评估规范开发制作，符合游艇驾驶训练的各种指标；2）交互性：本技术提供了友好的用户交互界面及接口。非训练模式下用户可通过键盘或舵机控制台上的方向盘及操纵杆控制船舶的运动；训练模式下用户可通过舵机控制台进行游艇的驾驶模拟训练；3）沉浸性：本技术三维虚拟视景仿真模块，实现对海浪、地形、建筑、船舶、云层等的逼真渲染显示；声音控制模块，实现语音特效；用户进行视角绑定后视点由于海浪的实时变化及游艇六自由度运动状态的改变而获得很强的沉浸感；4）两种视角任意切换：本技术提供游艇驾驶模拟过程的两种视角选择，即第一视角及第三视角：a)第一视角即相机视点位于游艇驾驶舱内，视点随着游艇航行过程而发生变化；b）第三视角即相机视点位于游艇船尾后方，在游艇航行过程总是跟随游艇运动；5）本技术装置增强了便捷性，设备架设简单，耗材费用低，占用场地少，可进行大规模的安装布置及满足多人次的游艇驾驶模拟需求。附图说明图1是本技术的结构图。图2是本技术工作流程图。图3是本技术硬件设备连接图。具体实施方式下面结合附图对本技术进行详细说明；如图1所示，基于虚拟现实技术的游艇模拟器仿真装置结构图，该装置包括显示器1、音响设备2、图形工作站3、舵机控制台4、方向盘5、操纵杆6、电源及开关7。其中方向盘5和操纵杆6集成在舵机控制台4上，方向盘5的装置是为了操纵游艇航行的方向，以实现用户对游艇航行方向的控制；操纵杆6是用于实现对游艇运动状态的控制；图形工作站3集成了虚拟场景及游艇驾驶的处理单元，用户通过舵机控制台上的方向盘及操纵杆将游艇驾驶的运动状态参数等信息传入图形工作站的处理单元进行处理，以达到外部硬件设备与虚拟现实软件的无缝结合；此时，显示器1将图形工作站输出信息进行同步显示，结合音响设备2的音频输出，最终形成游艇驾驶模拟训练的效果。电源及开关7控制仿真装置的供电。该装置工作流程图如图2所示，按照操作方式不同分两种情况：A使用舵机控制台操作。用户通过鼠标选择开始训练，选择第一或第三视角后，推动舵机操纵台上的操纵杆及方向盘，舵机操纵台底板通过数目转换电路将获得的模拟信号转换成数字信号后传送到数据交换单元；数据交换单元解析所获取的数字信号，还原成与系统对应的游艇操作指令，转换后的信息发送到三维仿真单元，由三维仿真单元里的三维实景仿真模块、船舶碰撞检测及声音绘制模块进行处理，之后传送到仿真模拟器引擎进行集成处理，实现游艇运动状态的实时更新，达到逼真模拟游艇航行训练的效果。三维视景仿真模块对所加载的海岸及海面环境进行高逼真度仿真及加速渲染，并根据系统随机产生的海浪及云层数据进行实时渲染绘制，船舶随海浪高度的变化进行六自由度的运动模拟。船舶碰撞检测模块开启船舶与场景中其他非本船物体的障碍物的碰撞检测功能，使游艇与障碍物发生碰撞时不能穿透障碍物而发生运动方向的改变，模拟逼真的船舶碰撞检测效果。声音控制模块用于绘制游艇航行训练中的声音特效，结合航行过程视点随游艇六自由度运动的变化提供给用户很强的沉浸感效果，可以通过设置相关参数设置船舶航行过程的摇晃程度而设置不同的沉浸感效果。在计算机图形工作站上，三维视景仿真模块、船舶碰撞检测模块、声音绘制模块集成三维仿真单元，三维仿真单元与数据交换单元集成于游艇驾驶模拟器仿真系统，与图形工作站的中央处理单元相连接，由中央处理器对上述各单元进行最后处理运算，最终通过与之相连的显示器和音响设备进行同步显示以实现连续视点的全景游艇航行驾驶训练模拟视景。B使用键盘操作。用户对游艇进行第一或第三视角绑定后，按下键盘上相关按键，键盘向数据交换单元发送相关操作指令，系统实现与A方式同样的游艇驾驶模拟训练功能，过程同上。本技术搭建了虚拟游艇模拟器仿真系统，用户可以导入相关三维模型集成三本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于虚拟现实的游艇模拟驾驶仿真装置，包括显示器、计算机图形工作站/中央处理器、舵机控制台、电源及开关、音响设备，其特征在于：计算机图形工作站分别与显示器、音响设备连接、舵机控制台连接；舵机控制台上的方向盘及操纵杆可控制场景中所绑定游艇的运动状态；计算机图形工作站集成了虚拟场景及虚拟游艇的处理单元，用户通过舵机操纵台上的方向盘及操纵杆将对游艇的控制指令传入计算机中的处理单元进行处理；显示器提供图形工作站输出信息的同步显示，音响设备可以实现游艇驾驶模拟过程环境声音的播放。

【技术特征摘要】
1.基于虚拟现实的游艇模拟驾驶仿真装置，包括显示器、计算机图形工作站/中央处理器、舵机控制台、电源及开关、音响设备，其特征在于：计算机图形工作站分别与显示器、音响设备连接、舵机控制台连接；舵机控制台上的方向盘及操纵杆可控制场景中所绑定游艇的运动状态；计算机图形工作站集成了虚拟场景及虚拟游艇的处理单元，用户通过舵机操纵台上的方向盘及操纵杆将对游艇的控制指令传入计算机中的处理单元进行处理；显示器提供图形工作站输出信息的同步显示，音响设备可以实现游艇驾驶模拟过程环境声音的播放。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的游艇模拟驾驶仿真装置，其特征在于，计算机图形工作站配置8G内存，4G以上独立显卡，具有1920*1080以上的分辨率。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马纯永，黄育瀑，高佳佳，杨帆，任子健，于方杰，韩勇，陈戈，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东;37