本发明专利技术涉及船舶驾驶与舱室操作三维立体视景仿真模拟器系统装置，属于船舶与海洋工程领域。本发明专利技术装置在分布式数学物理平台模型和分布式船舶运行原理基础上包含：(1)动力系统数学物理方程建模模块，(2)三维立体显示模块，(3)气候环境变化显示模块，(4)地理信息环境变化显示模块，(5)数字手套交互操作模块，(6)物理平台模拟操作模块等六个工作模块。将以上模块集成到一个物理平台，主要解决各模块之间的集成问题。具体来说，要把三维立体显示、数据库交换技术、数字手套交互技术集成到一个平台中，利用物理操作代替键盘事件响应，利用场景变化代替船舶航行和机舱操纵，达到模拟驾驶船舶和在机舱操纵船舶的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶驾驶与舱室操作三维立体视景仿真模拟器系统装置，属于船舶与海洋工程领域。
技术介绍
目前，比较流行的船舶驾驶模拟器主要是利用商业化付费软件Vega、PHIGS、Crystal Space、Java3D、0GRE3D、Vega Prime等,所使用的物理平台要求高,费用大。本专利技术采用低端的PC设备架构立体显示系统和分布式图形处理与数学物理模型计算系统，利用移植性较强的OpenSceneGraph图形引擎克服了传统的OpenGL以及Direet3D开发周期长、难度大的缺点，解决了使用OpenGVS、Vega等商业引擎开发成本过高,须在高端的物理平台上运行，不利于产品推广的问题，具有更强的实用价值。三维开源引擎OpenSceneGraph (OSG)是一个基于工业标准OpenGL的跨平台的三维开源场景图形系统应用程序开发接口(API)，开源开发模型为3D程序开发者提供一个免费的开发库资源。本专利技术显示系统就是利用OSG渲染开发，并能在低端的PC架构分布式系统上运行，很大程度上降低了系统的开发成本。
技术实现思路
本专利技术装置在分布式数学物理平台模型和分布式船舶运行原理基础上包含(I)动力系统和船舶运动数学物理模型建模模块，(2)三维立体显示模块，(3)气候环境变化显示模块，(4)地理信息环境变化显示模块，(5)数字手套交互操作模块，(6)物理平台模拟操作模块等六个工作模块。本专利技术研究试验方法、技术路线以及工艺流程图如图I所示。本专利技术基于以上几个模块集成到一个物理平台专利技术，主要解决各个模块之间的集成问题。具体来说，要把三维立体显示、数据库交换技术、数字手套交互技术集成到一个软件下，利用物理操作代替键盘事件响应，达到驾驶船舶和在机舱操纵船舶的目的。本专利技术具有如下特点I、采用开源的高性能三维图像渲染工具包0SG，克服了传统的OpenGL以及 Direet3D开发周期长、难度大的缺点，解决了使用OpenGVS、Vega等商业引擎开发成本过高，不利于产品推广的问题，从实用的角度上更有意义。2、采用三维立体显示技术，利用利用四台投影仪分成左两组，投射到大屏幕上，利用偏光立体眼镜可以观察到立体效果，使较低端的显示设备产生了逼真的视觉效果。受训者观察到三维立体效果，产生强烈的沉浸感和逼真度。到目前为止，基于三维立体视景的船舶驾驶模拟器还没见应用报道，而与三维立体视觉仿真虚拟机舱操纵模拟器相结合仿真系统亦未见报道，本专利技术的特色就是利用双通道技术产生三维立体视景的船舶驾驶与机舱操纵模拟器，其最大优点是环境重现的真实性高，能够给操纵者一种身临其境的感觉，在这样的三维立体船舶驾驶与机舱操纵模拟器下，船员能够真切的感受到在真实船舶上所具有效果，在这种环境下能够有效的提高船员训练效果。3、物基于组态软件、PLC控制器和分布式计算机网络构建了物理操作平台，利用车钟和舵柄，实现船舶驾驶，利用数据库桥将船舶运行的位置参数和数学物理模型仿真船舶动力系统运行的物理参数在物理平台的分布式计算机屏幕上显示出来，真实模拟海上航行场景和驾控平台场景，包括电子海图、雷达、罗经、动力系统运行物理参数监控界面以及海上场景、海上气候环境变化。4、通过开发操纵手柄和数字手套的驱动程序，将操纵手柄与数字手套的输入与通过OSG开发的三维立体漫游系统相融合，实现数字手柄对于三维立体数字船舶机舱场景的驱动漫游和数字手套与位置跟踪器通过数字手套的无线传感器的位置跟踪，对船舶机舱三维视景中不同类型的虚拟设备的操纵台进行操作、发出操作指令，该指令被系统传递给后台的数学运算仿真器进行仿真运算，其运算的结果传递到船舶驾驶模拟器的系统监控屏幕上的虚拟仪表，显示系统的运行状态。附图说明图I研究试验方法、技术路线以及工艺流程图。 技术流程图说明I、导演控制平台；2、船型数据库和船型三维数字化模型数据库；3、船舶动力系统数学物理模型数据库仿真计算模型；4、电子海图航行区域坐标数据库；5、气候环境数据库；6、视景数据库；7、硬件显示模块；8、硬件显示模块；9、船舶动力系统数学物理模型仿真计算模型+船型运行物理参数存贮数据库；10、大屏幕投影显示；11、大屏幕投影显示；12、位置跟踪器与数字手套操作模块；13、物理平台操作模块(车钟)。各环节关系说明a、先利用流程图中1，对系统的运行进行导调，实现对2、3、7、10、12模块构成的“虚拟试验台”和4、5、6、8、11、13模块构成的“虚拟操纵台”的导调控制，系统存在在一个统一的分布式网络中；b、利用三维数据轻量化技术将用三维设计软件设计的实体船型进行轻量化处理，形成*. ive格式文件和利用数据库维护方法将对应的船舶基本船型及动力物理参数存入的数据库，形成模块2，供I调用；将各类船舶的动力系统，利用Matlab建立起对应船型的船舶动力系统数学物理仿真计算模型，并将模型文件的物理地址存入数据库，形成模块3，供I调用；利用地理信息系统GIS海图，针对所选目标船舶运行的海域，建立船舶运行航迹数据库，在目标船舶运行中，将模拟运行的航迹GIS信息存入航迹数据库，供硬件平台8上的海图和雷达显示本目标船和I调入系统运行的其它对象船只的GIS相对地理信息，形成模块4 ;利用OSG开发气候环境子程序，并利用可变参数在导演控制平台I上通过控制按钮，调节气候视景特征，该程序存入相应的文件夹，形成模块5 ;利用草图大师sketchup建立I所选目标对象船舶航行的视景模型，形成模块6 ；C、通过I导调调用2、3在7中通过视频矩阵模块显示在两个视觉融合的屏幕上，并通过四台投影仪，形成立体视觉投影在10上显示；d、I上接有通过MFC++开发的位置跟踪器驱动程序与数字手套驱动程序以及程序操纵杆，形成的模块12，利用程序操纵杆，可以实现观察者在沉浸式视景中的主动漫游，在系统运行时接受数字手套指关节上传感器发出的位置信号，并通过传感器与沉浸视景虚拟对象的干涉碰撞检测，通过数字手套的驱动程序，驱动虚拟对象，实现对虚拟对象的操纵，通过c、d环节形成虚拟试验台立体成像沉浸式视景系统；e、通过I导调调用4、5、6在8中通过视频矩阵模块显示在两个视觉融合的屏幕上，并通过四台投影仪，形成立体视觉投影在11上显示；f、通过I导调调用，在13的分布式屏幕上，分别显示海图、雷达、罗经和主机动力系统运行过程中动态的位置与物理参数的变化；g、通过I导调调用形成的“虚拟试验台”和“虚拟操纵台”两个分布式视景系统，所调用的2、3模型和4、5、6模型分别由7和8生成对应的立体视景图像通过投影仪，在各自的显示大屏幕10和11上显示，I所调用的2、3、4、5、6的数学物理模型分布式运算的结果均存入9，外部输入设备12单向输入位置信息，通过系统内部的程序的干涉运算，由大屏幕输出虚拟对象位置变化的信息，13通过双向的输入与输出，分别在13的分布式屏幕上显示位置信息和物理参数，在12上显示位置信息和气候状态；h、3与9、4与9和13与9之间均有数据库之间的位置信息双向调用和物理参数信息的双向调用。具体实施例方式本专利技术提供一种船舶驾驶与机舱操作三维立体视景仿真模拟器系统装置。它由船舶动力系统和船舶运动数学物理模型建模库、三维场景模型库、船型库、三维数字化船舶虚拟模型库、船舶航行区域电子海图库、船舶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，薛峰，
申请(专利权)人：镇江科大船苑计算机网络工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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