一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法，所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块，语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述被仿真对象包括船体和控制系统；所述仿真平台内设有船舶运动数字仿真系统。本系统结构完善，运转流畅，数据采集与反馈准确。本发明专利技术具有方便操作,良好的利用增强现实技术实现船舶运动姿态与控制系统的虚拟现实仿真，通过增强互动技术使其仿真系统达到身临其境的沉浸式效果，此项技术具有广阔应用前景。

An Augmented Reality Interactive System and Method for Ship Motion Attitude Based on VR

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法
本专利技术涉及的是一种船舶虚拟仿真装置系统及方法，特别涉及到一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法。
技术介绍
增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。目前，在船舶船舶运动控制虚拟仿真中,多数科研过程中采用图文描述,进行抽象性的数据理解方式,使科研人员在科学研究过程对数据没有良好的直观感，而增强现实装置在船舶的运动仿真科学研究当中并无良好的应用，不能满足市场需求。基于VR的船舶运动姿态,虚拟现实仿真增强互动技术可实现身临其境的场景演示和相关技术的人烟培训。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有方便操作,良好的利用增强现实技术实现船舶运动姿态及控制系统的虚拟现实仿真并应用到科学研究当中,增加科学研究过程中的直观感,便于理解和架构数据等优点的一种基于VR的船舶运动姿态互动系统。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块。语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述仿真对象包括船体和控制系统。所述主控服务器连接上位机，所述上位机通过主控服务器连接用户交互装置，用户交互装置内设有海洋建模系统，船舶建模系统，控制仿真系统，实物联动系统，运动姿态系统，立体显示系统，波形显示系统。所述实物联动系统连接下位机，立体显示系统连接观看设备。本专利技术的工作原理：本专利技术通过将船舶运动姿态及控制系统的数据以及通过增强现实装置采集的数据发送给仿真平台，仿真平台根据数据做出反馈，将反馈数据通过主控服务器发送给增强现实装置和船舶运动模组。本专利技术中，体验者在佩戴增强现实装置VR后，可通过视觉识别模块进行识别目标物（船舶运动模组）内的信息，然后通过语音指令输入或手势指令输入后，可使体验者能够良好观察到船舶运动姿态及相关数据，并可实时调整数据，同时得到良好的数据反馈。本专利技术的有益效果：本系统结构完善，运转流畅，数据采集与反馈准确。本专利技术具有方便操作,良好的利用增强现实技术实现船舶运动姿态与控制系统的虚拟现实仿真，通过增强互动技术使其仿真系统达到身临其境的沉浸式效果，此项技术具有广阔应用前景。附图说明图1为本专利技术的系统架构连接示意图。图2为本专利技术的上位机系统结构图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：实施例1一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块。语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述仿真对象包括船体和控制系统。所述主控服务器连接上位机，所述上位机通过主控服务器连接用户交互装置，用户交互装置内设有海洋建模系统，船舶建模系统，控制仿真系统，实物联动系统，运动姿态系统，立体显示系统，波形显示系统。所述实物联动系统连接下位机，立体显示系统连接观看设备。实施例2本专利技术的工作原理：本专利技术通过将船舶运动姿态及控制系统的数据以及通过增强现实装置采集的数据发送给仿真平台，仿真平台根据数据做出反馈，将反馈数据通过主控服务器发送给增强现实装置和船舶运动模组。本专利技术中，体验者在佩戴增强现实装置VR后，可通过视觉识别模块进行识别目标物（船舶运动模组）内的信息，然后通过语音指令输入或手势指令输入后，可使体验者能够良好观察到船舶运动姿态及相关数据，并可实时调整数据，同时得到良好的数据反馈。实施例3本专利技术中，在船舶运动模拟模块分别安装有角传感器、压力传感器、陀螺仪等反馈装置，产生的反馈信号统一传输进信号采集单元中，经过信号采集单元的编码生成总线信号反馈到数字仿真平台中，对仿真系统中的模型参数进行修正，保证系统仿真的准确性和稳定性。实施例4本专利技术中，船舶运动数字仿真在仿真平台内进行仿真平台对海浪及船体运动姿态进行实时仿真，仿真结果与实际船体及运动状态保持一致。本专利技术中，船舶运动仿真平台是通过将船舶在运行过程中的数据进行采集，并通过仿真船舶运行时的状态，使船舶在不同环境下的运行数据可实时观测，并将数据真实反馈，实现船舶运动姿态与控制系统的虚拟现实仿真。实施例5本专利技术建立虚拟海洋环境并且在其中能够进行试验操作与环境交互。增强现实系统使科研人员可通过手机查看文献资料，使枯燥乏味的文字变成立体生动的3D模型，也可以通过增强现实装置VR观察实体船模，从而直观的了解船舶运动姿态和控制系统状态的实时参数。本专利技术增强了实验互动性，实现了仿真场景的沉浸性和科学研究方式的交互性。实施例6本专利技术中，船舶运动模拟模组通过船舶多自由度运动物理仿真平台以及船体模型和舵、鳍、桨控制系统进行了虚拟现实仿真增强互动技术的驱动。实施例7如图2所示，上位机完成对船舶运动建模并且对船舶在各种海况下船舶航行与姿态进行数字仿真，视景仿真界面利用C++进行搭建，在界面中可以修改仿真船体参数，更改工作模式等功能，视景仿真由三维建模软件与图形渲染软件共同开发完成，并调用Matlab进行控制参数调节与被控模型选择，同时根据模型仿真结果控制船舶运动姿态。满足多种海浪情况下的仿真；可修改船舶航速并在不同海况下进行仿真；实现舵控制系统和鳍控制系统多通道显示；输出左右眼3D图像呈现立体视觉交互。实施例8船舶运动姿态控制系统虚拟仿真系统利用上位机完成对船舶运动建模并且对船舶在各种海况下船舶航行与姿态进行仿真控制并加以呈现。由于需要与下位机进行通信，为提高后续可维护性和兼容性，程序设计语言采用C++编写，完成整体框架和控制通信指令部分。为提供高保真度的立体视景仿真界面，选择UE4引擎作为该系统的图形框架，构建虚拟的实验环境，在上位机界面中可以修改仿真船体参数，更改工作模式，对不同海况、浪向下的海面进行仿真。该系统的上位机部分使用基于C++的UE4框架，配合3dsMax、Maya、AdobeIllustrator、Photoshop等软件开发完成，并调用Matlab进行控制参数调节，以此模拟控制船舶航行姿态。虚拟现实采用HTCVive头戴式设备，实验环境搭建在一个海边的船舶姿态控制虚拟船舶虚拟仿真实验室中，在这个虚拟场景中可以查看该相关的技术资料介绍、发展、原理等内容。使用者可以通过操控手柄选择不同风浪谱，对海浪的各个参数进行控制，直观近距离的观察其对船舶运动姿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块，语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述被仿真对象包括船体和控制系统；所述仿真平台内设有船舶运动数字仿真系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块，语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述被仿真对象包括船体和控制系统；所述仿真平台内设有船舶运动数字仿真系统。2.根据权利要求1所述的一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动系统及方法，其特征在于：所述控制面均有信号采集单元，信...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟伟，谭银朝，岳昌华，孙志，刘胜，
申请(专利权)人：威海海洋职业学院，
类型：发明
国别省市：山东,37