航海模擬器中大規(guī)模冰區(qū)場景建模及可視化.pdf

1、冰區(qū)航行與普通海域航行有著很大的不同。近年來，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)都新增了對冰區(qū)航行相關(guān)內(nèi)容的附加要求，這意味著針對冰區(qū)航行相關(guān)視景的仿真研究勢在必行?，F(xiàn)有冰區(qū)航行視景研究中存在的問題有: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)模海冰場景管理方法。以解決上述問題為研究目的，論文的主要研究工作如下:
　　1.根據(jù)挪威船級

2、社和德國勞氏船級社對冰區(qū)航海模擬器的認(rèn)證要求，對冰區(qū)視景系統(tǒng)進行架構(gòu)設(shè)計，確定了海冰模型為視景系統(tǒng)核心，并對其關(guān)鍵性問題做出了闡述。
　　2.分析總結(jié)并仿真驗證了海冰熱力條件以及特征冰厚對海冰厚度的影響，然后詳細研究了船冰交互過程中海冰的數(shù)值計算，將其模塊化為破冰模塊和剛體運動模塊。以半無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)，對船冰交互過程進行了仿真計算和驗證，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.為了同時滿足冰區(qū)航行視景系統(tǒng)的真實感和實時性要求，在海冰物理特性分析的基礎(chǔ)上對海冰進行了幾何圖形建模。采用Voronoi圖算法對三維海冰模型進行破碎處理，并將OBB包圍盒碰撞檢測算法應(yīng)用于船冰交互過程，建立海冰圖形模型，最終結(jié)合海冰物理特性對破冰過程以及航道封凍過程進行可視化仿真，獲得沉浸感較高的仿真效果，且完全可以滿足實時交互的需求。
　　4.將四叉樹空間索引算法應(yīng)用于海冰模型數(shù)據(jù)的動態(tài)創(chuàng)建和管理，較大程度上減少

4、了資源的消耗，進一步提升整個視景系統(tǒng)的流暢性。該算法優(yōu)化了海冰場景的可視化效果，為航海模擬器海冰視景場的實時仿真提供了創(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)，對大規(guī)模冰區(qū)場景進行了可視化實現(xiàn)。
　　論文研究獲得的冰區(qū)視景仿真效果真實感和實時性較高，適用于冰區(qū)航海模擬器。該研究成果不僅對推進冰區(qū)航海模