航海模擬器中大規(guī)模冰區(qū)場(chǎng)景建模及可視化.pdf

1、冰區(qū)航行與普通海域航行有著很大的不同。近年來(lái)，在船舶駕駛?cè)藛T的適任標(biāo)準(zhǔn)和航海模擬器的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，IMO(世界海事組織)都新增了對(duì)冰區(qū)航行相關(guān)內(nèi)容的附加要求，這意味著針對(duì)冰區(qū)航行相關(guān)視景的仿真研究勢(shì)在必行?，F(xiàn)有冰區(qū)航行視景研究中存在的問(wèn)題有:1）缺少適用于冰區(qū)航海模擬器的海冰物理模型;2）缺少可進(jìn)行破碎仿真的海冰幾何圖形建模方法;3）缺少大規(guī)模海冰場(chǎng)景管理方法。以解決上述問(wèn)題為研究目的，論文的主要研究工作如下:
　　1.根據(jù)挪威船級(jí)

2、社和德國(guó)勞氏船級(jí)社對(duì)冰區(qū)航海模擬器的認(rèn)證要求，對(duì)冰區(qū)視景系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了海冰模型為視景系統(tǒng)核心，并對(duì)其關(guān)鍵性問(wèn)題做出了闡述。
　　2.分析總結(jié)并仿真驗(yàn)證了海冰熱力條件以及特征冰厚對(duì)海冰厚度的影響，然后詳細(xì)研究了船冰交互過(guò)程中海冰的數(shù)值計(jì)算，將其模塊化為破冰模塊和剛體運(yùn)動(dòng)模塊。以半無(wú)限平面彈性地基理論、楔形梁結(jié)構(gòu)以及能量守恒理論為基礎(chǔ)，對(duì)船冰交互過(guò)程進(jìn)行了仿真計(jì)算和驗(yàn)證，最終提出了一種適用于航海模擬器冰區(qū)視景的海冰物理模型。

3、
　　3.為了同時(shí)滿足冰區(qū)航行視景系統(tǒng)的真實(shí)感和實(shí)時(shí)性要求，在海冰物理特性分析的基礎(chǔ)上對(duì)海冰進(jìn)行了幾何圖形建模。采用Voronoi圖算法對(duì)三維海冰模型進(jìn)行破碎處理，并將OBB包圍盒碰撞檢測(cè)算法應(yīng)用于船冰交互過(guò)程，建立海冰圖形模型，最終結(jié)合海冰物理特性對(duì)破冰過(guò)程以及航道封凍過(guò)程進(jìn)行可視化仿真，獲得沉浸感較高的仿真效果，且完全可以滿足實(shí)時(shí)交互的需求。
　　4.將四叉樹(shù)空間索引算法應(yīng)用于海冰模型數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和管理，較大程度上減少

4、了資源的消耗，進(jìn)一步提升整個(gè)視景系統(tǒng)的流暢性。該算法優(yōu)化了海冰場(chǎng)景的可視化效果，為航海模擬器海冰視景場(chǎng)的實(shí)時(shí)仿真提供了創(chuàng)建和管理基礎(chǔ)，也為冰區(qū)航海模擬器視景系統(tǒng)后續(xù)的船冰交互過(guò)程仿真提供了科學(xué)高效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文最終利用OSG場(chǎng)景繪制引擎、3DS MAX建模、圖像處理和可視化編程等相關(guān)技術(shù)，對(duì)大規(guī)模冰區(qū)場(chǎng)景進(jìn)行了可視化實(shí)現(xiàn)。
　　論文研究獲得的冰區(qū)視景仿真效果真實(shí)感和實(shí)時(shí)性較高，適用于冰區(qū)航海模擬器。該研究成果不僅對(duì)推進(jìn)冰區(qū)航海模