受到仿真模擬技術(shù)水平的限制,導(dǎo)致傳統(tǒng)的艦船駕駛仿真模擬結(jié)果存在靈敏度低的問(wèn)題,為此利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船駕駛仿真模擬環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先安裝艦船駕駛中需要使用的硬件設(shè)備,并以此作為駕駛操作指令的輸入設(shè)備。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分別構(gòu)建艦船模型、海面模型,結(jié)合艦船的航行原理得出艦船運(yùn)動(dòng)模型,從而得出虛擬場(chǎng)景的建立結(jié)果。在虛擬場(chǎng)景中,根據(jù)駕駛指令的變化生成艦船駕駛環(huán)境仿真模擬視景,并實(shí)現(xiàn)模擬視景的動(dòng)態(tài)更新。通過(guò)與傳統(tǒng)艦船駕駛仿真模擬環(huán)境的對(duì)比得出結(jié)論,綜合多個(gè)駕駛操縱指令的運(yùn)行,設(shè)計(jì)駕駛環(huán)境的響應(yīng)速度更快,即駕駛環(huán)境的靈敏度得到有效提升。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(24)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

【部分圖文】：

艦船平面運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系Fig.2Shipplanemotioncoordinatesystem

1安裝艦船駕駛環(huán)境仿真模擬設(shè)備艦船駕駛仿真模擬環(huán)境可以分為視景工作站、駕駛操縱臺(tái)以及控制機(jī)3個(gè)部分，其中視景工作站中包括視景圖形工作站、投影機(jī)、顯示屏幕以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等組成，而艦船駕駛操縱臺(tái)與實(shí)際的艦船中的駕駛艙室相同，具體包括控制計(jì)算機(jī)、操縱桿以及方向盤(pán)等。艦船駕駛環(huán)境的仿真模擬設(shè)備準(zhǔn)備情況及其連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1艦船駕駛環(huán)境仿真模擬組成框圖Fig.1Blockdiagramofsimulationofshipdrivingenvironment2利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬場(chǎng)景利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，分別建立船舶模型、海面環(huán)境模型以及艦船的運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)實(shí)時(shí)操作指令數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)更新[2]。艦船駕駛的虛擬場(chǎng)景主要是通過(guò)立體和大視場(chǎng)的顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用虛擬顯示技術(shù)定義空間中任意一點(diǎn)在虛擬場(chǎng)景中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)為：xp=xdd+z，yp=ydd+z。(1)(x,y,z)(xp,yp)其中：為實(shí)際空間象限中的任意一點(diǎn)；而為對(duì)應(yīng)場(chǎng)景中的坐標(biāo)值；d為虛擬場(chǎng)景的距離系數(shù)。要產(chǎn)生虛擬場(chǎng)景中的立體視覺(jué)圖像對(duì)，最大程度的還原實(shí)際海上運(yùn)行環(huán)境，分別設(shè)置左右目試點(diǎn)，并得出2個(gè)視點(diǎn)對(duì)應(yīng)的虛擬場(chǎng)景坐標(biāo)為：xl=xdze2d+z，yl=ydd+z，lxr=xd+ze2d+z，yr=ydd+z。(2)式中：(xl,yl)和(xr,yr)對(duì)應(yīng)的就是左右視點(diǎn)對(duì)應(yīng)在虛擬場(chǎng)景中的坐標(biāo)值。結(jié)合上述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的投影原理，以研究的艦船及其航行的海域?yàn)槟繕?biāo)，建立相應(yīng)的虛擬場(chǎng)景。2.1艦船模型收集不同型號(hào)艦船的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，在模型建立的過(guò)程中先建立一個(gè)長(zhǎng)方體，

前后2個(gè)模型的視圖進(jìn)行融合處理，生成的艦船駕駛環(huán)境仿真模擬視景結(jié)果如圖3所示。圖3艦船駕駛環(huán)境仿真模擬視景示意圖Fig.3Visualsketchofshipdrivingenvironmentsimulation綜合考慮艦船航行環(huán)境中的水動(dòng)力系數(shù)以及環(huán)境影響系數(shù)，依照艦船駕駛過(guò)程中的操縱控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船駕駛的仿真模擬。艦船駕駛環(huán)境中操縱運(yùn)動(dòng)以及視景中的變化情況如下：(m+mx)u(m+my)vr=XH+XP+XR+XA+XW，(m+my)v(m+mx)ur=YH+YP+YR+YA+YW，(Izz+Jzz)r=NH+NP+NR+NA+NW。(3)mxmyIzzJzz式中：m為艦船原本的質(zhì)量；和分別為艦船在x和y方向上的附加質(zhì)量；u和v對(duì)應(yīng)的是運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中x和y方向速度分量；和分別為螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；r為轉(zhuǎn)首角速度。X，Y和N分別為縱向力、橫向力和轉(zhuǎn)首力矩，而角標(biāo)H，P，R，A和W對(duì)應(yīng)的是艦船的船體、螺旋槳、舵以及海面環(huán)境中風(fēng)和波浪產(chǎn)生的力與力矩。在速度和方向操作指令控制下，通過(guò)式（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真模擬環(huán)境視景的變化，從而實(shí)現(xiàn)艦船駕駛的仿真模擬。4仿真模擬實(shí)驗(yàn)分析為了驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的艦船駕駛環(huán)境仿真模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，并與傳統(tǒng)的駕駛環(huán)境仿真結(jié)果以及文獻(xiàn)[4]中提出的基于ATP的駕駛環(huán)境仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。在主測(cè)計(jì)算機(jī)中安裝測(cè)試與控制軟件，其主界面如圖4所示。圖4艦船駕駛環(huán)境仿真模擬測(cè)試與控制軟件主界面Fig.4Maininterfaceofsimulationtestandcontrolsoftwareforshipdrivingenvi


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