【摘要】：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展,具有虛擬現(xiàn)實(shí)特征的三維虛擬機(jī)艙系統(tǒng)的開發(fā),已成為當(dāng)下輪機(jī)仿真系統(tǒng)研究的重要方向。相較于傳統(tǒng)輪機(jī)模擬器半實(shí)物仿真結(jié)合二維仿真界面的展現(xiàn)形式,虛擬機(jī)艙能提供更真實(shí)直觀的機(jī)艙實(shí)景,為操作者帶來逼真的沉浸式體驗(yàn),為培訓(xùn)者提供更加自主高效的學(xué)習(xí)訓(xùn)練平臺(tái)。本文以萬箱集裝箱船“大西洋”為母型船,并結(jié)合大連海事大學(xué)開發(fā)設(shè)計(jì)的萬箱船輪機(jī)模擬器項(xiàng)目,設(shè)計(jì)開發(fā)出“大西洋”三維機(jī)艙虛擬仿真系統(tǒng)。在改進(jìn)蘭伯特模型的基礎(chǔ)上,自主開發(fā)出更適合虛擬機(jī)艙環(huán)境下的著色器,在實(shí)際場(chǎng)景中有良好的表現(xiàn)效果。本文首先研究了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展、特征和分類及其在輪機(jī)模擬器中的應(yīng)用,并根據(jù)“大西洋”萬箱船特點(diǎn),進(jìn)行了三維機(jī)艙功能需求設(shè)計(jì),搭建了虛擬設(shè)計(jì)框架。其次選擇3ds Max作為項(xiàng)目建模工具,進(jìn)行機(jī)艙場(chǎng)景建模和優(yōu)化工作,研究并應(yīng)用貼圖烘焙和法線映射新型貼圖技術(shù),增加了場(chǎng)景的真實(shí)感。采用unity 3D作為三維機(jī)艙虛擬引擎,根據(jù)漫反射和高光反射光照模型,使用C#語(yǔ)言改進(jìn)并開發(fā)出half-Lambert和Blinn-Phong著色器腳本,提升場(chǎng)景的光照效果。使用Unity視椎體剔除技術(shù)、遮擋剔除技術(shù)和LOD技術(shù),根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景需求,進(jìn)行機(jī)艙場(chǎng)景的GPU顯示優(yōu)化;研究虛擬機(jī)艙的攝像機(jī)成像及控制原理,通過分析碰撞檢測(cè)和射線拾取技術(shù),并建立交互點(diǎn)的虛擬操作,最終完成機(jī)艙的人機(jī)交互設(shè)計(jì)。最后,分析輪機(jī)模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以UDP Socket的無連接通信方式,實(shí)現(xiàn)三維虛擬機(jī)艙與二維仿真系統(tǒng)的虛擬同步操作。
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U666.158
【圖文】：

？W逡逑（ａ）帶透明通道的貼圖邐（ｂ）空壓機(jī)模型逡逑圖３．２使用透明貼圖制作的空壓機(jī)的電機(jī)散熱網(wǎng)格逡逑Ｆｉｇ．３．２邋Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｇｒｉｄ邋ｆｏｒ邋ａｉｒ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ邋ｍａｄｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ邋ｔｅｘｔｕｒｅｓ逡逑圖３．３和３．４分別為建好的萬箱船集控室和應(yīng)急發(fā)電機(jī)室的三維模型場(chǎng)景。逡逑：皆r>逡逑圖３．３萬箱船集控室三維虛擬場(chǎng)景逡逑Ｆｉｇ．３．３邋Ｔｈｅ邋ｖｉｒｔｕａｌ邋ｓｃｅｎｅ邋ｏｆ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｒｏｏｍ逡逑２０逡逑

信息轉(zhuǎn)換成貼圖，將減少ＧＰＵ的光影計(jì)算時(shí)間使物體在無燈光環(huán)境下也具有逡逑一定的光影效果，當(dāng)場(chǎng)景較大時(shí)將大幅減少模型的緩沖運(yùn)行時(shí)間。逡逑如圖３．５所示，通常采用光線跟蹤法由可視點(diǎn)發(fā)出若干條光線，光線在點(diǎn)的逡逑外部法向量《的半球體Ｑ上均勻分布，并進(jìn)行與周圍環(huán)境的相交測(cè)試來計(jì)算出當(dāng)逡逑前／＞處的Ａ０結(jié)果。逡逑２１逡逑

逑！逡逑圖３．５光線跟蹤原理逡逑Ｆｉｇ．３．５邋Ｔｈｅ邋ｒａｙ邋ｔｒａｃｉｎｇ逡逑／ｉ表示幾何體元在／；點(diǎn)處的法向量，ｐ點(diǎn)處的ＡＯ值可用如下積分表示：逡逑／Ｉ）＝N邋ＪＶ（ｔｙ，邋／0邋ｍａｘ（ｏ．邋？，０）ｄｏ邐（Ｕ）逡逑ｎ邋ｎ逡逑其中Ｆ為二值可見函數(shù)，當(dāng)其為０或１時(shí)，分別代表／Ｊ點(diǎn)對(duì)周圍幾何體元不可見逡逑或可見；Ｑ表示相應(yīng)的半球體空間；０為ｐ點(diǎn)在半球體內(nèi)發(fā)出的方向向量。上為逡逑理想情況下計(jì)算的ＡＯ著色值，實(shí)際應(yīng)用中需使其離散化以便具有實(shí)現(xiàn)性，即公逡逑式（３．２）：逡逑Ａ（ｐ，ｎ）－＾Ｖ（（0，邋ｐ）邋ｍａｘ（＜0邋？邋ｎ，邋０）邐（３．２）逡逑圖３．６展示了物體的ＡＯ烘焙圖成像原理，球體沿表面的法線方向發(fā)射若干條逡逑光線，光線碰到附近的黑色方盒時(shí)，將產(chǎn)生反饋值，用來標(biāo)記出旁邊有物體，從逡逑而呈現(xiàn)出黑色；未碰觸到則標(biāo)記為白色。逡逑一邋＿逡逑圖３．６邋ＡＯ烘焙成像原理逡逑Ｆｉｇ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉文;葛文馨;馬穎;;基于紋理處理與遮擋剔除技術(shù)的虛擬場(chǎng)景優(yōu)化技術(shù)及研究[J];現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版);2017年18期

2 呂小華;韓曉輝;何關(guān)瑤;王思凱;吳鑼鋼;劉志怡;;LOD技術(shù)原理及其在三維地形可視化中的應(yīng)用[J];電腦編程技巧與維護(hù);2016年22期

3 胡夢(mèng)政;宋瑾鈺;舒挺;;基于3ds Max的虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2015年09期

4 劉永剛;;法線貼圖原理與分析[J];藝術(shù)科技;2015年09期

5 許子敬;;基于UDP的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2014年32期

6 高炳;寧向華;;《STCW公約馬尼拉修正案》背景下輪機(jī)模擬器的教學(xué)應(yīng)用[J];船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師;2014年05期

7 馮立穎;;碰撞檢測(cè)技術(shù)研究綜述[J];計(jì)算機(jī)時(shí)代;2014年08期

8 曾鴻;張均東;任光;甘輝兵;;船舶機(jī)艙三維視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2014年02期

9 賀濤;;計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)交互中三維拾取方法的研究[J];電腦編程技巧與維護(hù);2013年16期

10 閆志遠(yuǎn);吳冬梅;鮑義東;杜志江;;三維虛擬攝像機(jī)的建模及其漫游控制方法[J];高技術(shù)通訊;2013年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 朱巍;細(xì)分曲面理論及其應(yīng)用問題的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 龍吟;基于GPU可編程渲染管道的樹木擬真實(shí)時(shí)渲染[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2016年

2 耿強(qiáng);基于Unity3D的多平臺(tái)虛擬仿真關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2016年

3 沈浩生;VLCC輪機(jī)模擬器的虛擬設(shè)計(jì)[D];大連海事大學(xué);2013年

4 侯思娟;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輪機(jī)模擬器中的應(yīng)用[D];江蘇科技大學(xué);2013年

5 劉洪亮;應(yīng)用于船舶輪機(jī)模擬器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2010年

6 梁波;基于Creator的三維場(chǎng)景模型優(yōu)化技術(shù)研究[D];華中師范大學(xué);2009年

7 施祝斌;船舶輪機(jī)模擬器技術(shù)發(fā)展研究[D];上海海運(yùn)學(xué)院;2003年

本文編號(hào)：2761162