【技术实现步骤摘要】
本申请涉及船舶仿真，尤其是一种实现人与船海高真交互的船舶操纵运动仿真平台。
技术介绍
1、船舶操纵运动仿真技术是各类航海模拟器的基础技术，一般利用船舶操纵运动仿真平台实现，船舶操纵运动仿真平台主要包括仿真主机、模拟驾驶台和显示屏。仿真参与人员可以利用模拟驾驶台向仿真主机发送到船舶操纵指令，模拟驾驶台提供了物理真实感。仿真主机渲染生成包括海浪环境和船舶模型的视景呈现画面并通过显示屏展示，从而提供环境真实感，且在船舶操纵运动仿真过程中，还利用船舶运动数学模型结合船舶操纵指令更新视景呈现画面中的船舶模型的运动状态，从而提供行为真实感。船舶操纵运动仿真技术通过行为、环境以及物理这三个层面上的真实感，给仿真参与人员一种身临其境驾驶船舶的错觉，可进行沉浸式的船舶操纵运动仿真，广泛用于船员培训和驾控技能的提升。
2、目前在船舶操纵运动仿真过程中，会通过视景呈现画面的变化来间接体现船舶的运动状态变化，这种做法只能以视觉方式使仿真参与人员体会船舶的摇荡，且实航过程中当船舶发生摇荡时也会对船舶驾驶人员的操纵行为产生影响，这些都导致目前的船舶操纵运动仿真与实航场景仍然存在差异，仿真的准确性和沉浸感不足。
技术实现思路
1、本申请针对上述问题及技术需求，提出了一种实现人与船海高真交互的船舶操纵运动仿真平台，本申请的技术方案如下：
2、一种实现人与船海高真交互的船舶操纵运动仿真平台，该船舶操纵运动仿真平台包括仿真主机、球形屏幕、六自由度运动平台和模拟驾驶台；六自由度运动平台固定在球形
3、对目标船舶进行三维建模生成目标船舶实体模型，生成目标船舶所在目标海域的目标海域模型，构建得到目标船舶实体模型与目标海域模型叠加的船舶航行仿真场景；
4、接收模拟驾驶台响应于仿真参与人员的模拟驾驶操作而生成的实时操纵指令，基于船舶六自由度操纵运动数学模型结合实时操纵指令解算得到船舶重心处的运动状态数据；
5、根据船舶重心处的运动状态数据更新船舶航行仿真场景中的目标船舶实体模型的位姿，在目标船舶实体模型中的船舶驾控台处布置朝向不同周向方向的多个虚拟相机，将各个虚拟相机从船舶航行仿真场景中捕捉到的三维视景画面输出显示于球形屏幕上；以及，根据目标船舶上的船舶驾控台与船舶重心的位置关系，对船舶重心处的运动状态数据转换得到船舶驾控台处的运动状态数据，并根据船舶驾控台处的运动状态数据控制六自由度运动平台带动模拟驾驶台运动。
6、本申请的有益技术效果是：
7、本申请公开了一种实现人与船海高真交互的船舶操纵运动仿真平台，该船舶操纵运动仿真平台由物理实体部分的球形屏幕、六自由度运动平台和模拟驾驶台，结合仿真主机提供的数字化场景形成一个高真交互的数字化空间，在使用该船舶操纵运动仿真平台进行船舶操纵运动仿真时，模拟驾驶台可以传递仿真参与人员对船舶的作用，六自由度运动平台能够再现仿真参与人员所处位置处的摇荡运动，从而提供真实的船身运动体感反馈以传递船舶对人的作用，球形环幕实时体现船舶与海洋航行环境之间的相互作用，可以真实再现人-船舶-海洋环境三者之间的交互反馈作用，从而提高船舶实海域航行仿真的真实性、准确性和沉浸感。
8、通过跟踪仿真参与人员的实时眼点位置的变化，对球形屏幕的三维视景呈现画面进行动态更新，实现三维视景呈现画面与人员观察位置间的统一，可以准确呈现航行环境视景画面的实时变化。
9、仿真主机利用目标海域适用的目标波浪谱构建实海域力学环境，通过叠加船行波、白浪、海水飞溅等视海水表层动态特效，再现船舶实海域航行海洋视觉特征，并结合目标船舶与障碍物的实体模型，共同构成用于船舶航行仿真的实海域视觉环境，实现了实海域力学与视觉环境的数字化高真构建。
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1.一种实现人与船海高真交互的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述船舶操纵运动仿真平台包括仿真主机、球形屏幕、六自由度运动平台和模拟驾驶台；所述六自由度运动平台固定在所述球形屏幕合围形成的球形舱内，所述模拟驾驶台布设在所述六自由度运动平台上并与所述六自由度运动平台刚性固定连接；所述仿真主机电性连接所述球形屏幕、六自由度运动平台和模拟驾驶台，所述仿真主机执行的方法包括：
2.根据权利要求1所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，解算得到的船舶重心处的运动状态数据包括船舶重心处的平动速度矢量Vg、船舶重心处的平动加速度矢量船舶重心处的转动角速度矢量ωg、船舶重心处的转动角加速度矢量所述对船舶重心处的运动状态数据转换得到船舶驾控台处的运动状态数据包括：
3.根据权利要求2所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述根据船舶驾控台处的运动状态数据控制所述六自由度运动平台带动所述模拟驾驶台运动包括：
4.根据权利要求1所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述船舶操纵运动仿真平台还包括搭载在仿真参与人员的眼部位置处的定位器，所述仿真主机与所述定位器建
5.根据权利要求4所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述利用布置位置更新后的各个虚拟相机从所述船舶航行仿真场景中捕捉与所述实时眼点位置匹配的三维视景画面包括：
6.根据权利要求5所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，在所述实时眼点位置处布置6个虚拟相机，所述实时眼点位置位于所述球形屏幕合围形成的球形舱的内接正方体的内部，6个虚拟相机分别朝向所述内接正方体的6个表面，且每个虚拟相机的光轴分别与所朝向的内接正方体的表面垂直。
7.根据权利要求6所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，确定每个虚拟相机的视场范围包括：
8.根据权利要求1所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，构建得到船舶航行仿真场景包括：
9.根据权利要求8所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述利用所述目标海域匹配的目标波浪谱生成目标海洋场景包括：
10.根据权利要求8所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，确定所述目标海域匹配的目标波浪谱包括：
...【技术特征摘要】
1.一种实现人与船海高真交互的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述船舶操纵运动仿真平台包括仿真主机、球形屏幕、六自由度运动平台和模拟驾驶台；所述六自由度运动平台固定在所述球形屏幕合围形成的球形舱内，所述模拟驾驶台布设在所述六自由度运动平台上并与所述六自由度运动平台刚性固定连接；所述仿真主机电性连接所述球形屏幕、六自由度运动平台和模拟驾驶台，所述仿真主机执行的方法包括：
2.根据权利要求1所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，解算得到的船舶重心处的运动状态数据包括船舶重心处的平动速度矢量vg、船舶重心处的平动加速度矢量船舶重心处的转动角速度矢量ωg、船舶重心处的转动角加速度矢量所述对船舶重心处的运动状态数据转换得到船舶驾控台处的运动状态数据包括：
3.根据权利要求2所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述根据船舶驾控台处的运动状态数据控制所述六自由度运动平台带动所述模拟驾驶台运动包括：
4.根据权利要求1所述的船舶操纵运动仿真平台，其特征在于，所述船舶操纵运动仿真平台还包括搭载在仿真参与人员的眼部位置处的定位器，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：何春荣，卜淑霞，雷建奇，张培杰，杨晨，朱漳，储纪龙，孔帅，
申请(专利权)人：深海技术科学太湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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