1、毕业论文文献综述航海技术船舶操纵模拟器视景生成技术的研究一、材料来源本此毕业论文主要是进行船舶操纵模拟器视景生成技术的研究，因此我主要是根据船舶操纵模拟器视景生成技术进行有关文献、图书资料的收集与查阅。大部分的文献都来自于学校的图书馆中、西文数据库，如中国知网、维普，包含了大量的专业期刊，如海运纵览、港工科技信息、中国航海等。其他部分来自于图书馆藏书和网络资料，如百度、学术谷歌等。二、国内外研究历史及现状1、航海模拟器视景系统研究现状。随着科学技术的不断发展，对船舶操纵模拟器视景生成技术的研究也一直在进行。金一丞等指出航海界已经基本达成共识，将航海模拟器分为四级，分别为A级全功能FULLMIS
2、SION的航海模拟器；B级多功能MULTITASK的航海模拟器；C级有限功能LIMITEDTASK的航海模拟器；X级单一功能SINGLETASK的航海模拟器；挪威船级社DNV航海模拟器认证标准给出了A级“全功能的航海模拟器”的主要性能指标。同时该标准中还提到B级“多功能的航海模拟器”的主要性能指标。目前，世界上许多国家在多功能航海模拟器B级的开发研制上都有长足的发展，具有全功能的航海模拟器A级也在部分国家相继出现，比如英国，美国，挪威，日本等。鹿特丹拥有世界一流的航海模拟器。在MARINESAFETY模拟器中心，能提供引航员、拖轮和交通管理人员培训。该模拟器中心拥有船桥模拟器、港口控制模拟器等
3、。就国内而言，在航海模拟器的开发研制上也有新的发展。多功能航海模拟器B级在上海、青岛、大连等航海院校都已经成功。1998年以来，全功能模拟器A级的研制也在上海、大连等地获得成功，其中视景系统的性能指标也达到或部分超过。2、STCW公约要求。航海操纵模拟器现在广泛用于航海教育及培训，STCW78/95公约较大篇幅的增加了有关航海模拟器的内容。金一丞总结了STCW95对航海模拟器的相关规定（1）模拟器的使用；（2）模拟器的性能标准；（3）应用模拟器进行培训和适任评估的范围。并且对模拟器的未来发展进行了展望。通过这些规定的内容，我们能对船舶操纵模拟器的研究方向做到更精确，更具体。3、航海模拟器视景的
4、建模。视景的建模要能做到准确、真实和具有实时性。尹勇指出CORYPHAEUS的DISINGERSWORKBENCHDWB与MUTAGEN一样,是当今世界上最好的三维建模工具之一,可用于可视化系统数据库的创造和编辑,以其强大的功能、优良的交互性以及可视化特性深受仿真建模开发人员的欢迎。依此建立起来的三维视景可以满足船舶操纵模拟器的上述要求。4、不同视点重叠图像的拼接。不同视点重叠图像的拼接在船舶操纵模拟器视景生成技术中是一个难点。邱志雄指出不同视点重叠图像的拼接算法大都需要估计相机参数和每个像素的深度等，要求有较多的源图像，由于海上实景拍摄难度大，因此符合要求的源图像十分有限。这些现有的算法对于
5、生成船舶操纵模拟器中的视景并不适用。因此，作者依据三维成像几何理论，建立了相邻重叠图像的成像几何模型。5、船舶操纵模拟器视景生成技术中山形的生成。船舶操纵模拟器视景中经常会出现山形，对于山形的生成，任鸿翔等提出了基于等高线的山形堆积建模和山形轮廓建模方法。首先用几何方法生成的曲面来刻画地形的大致形状，再用纹理合成技术来生成地表丰富的细节，而高度场方法又分为随机高度场方法、基于物理模型的高度场方法和基于地形等高线的高度场方法，其中具有一定几何精确度的基于地形等高线生成高度场的方法是实景地形模拟中的重要方法。通过数据采集及等高线的折线逼近即用数字化仪在海图上按一定顺序来进行采点，其采样点的密度可根
6、据地形的复杂程度决定。对于山体造型，简单的岛屿可用手工建模，即将采样点的坐标赋以相应的高程值也称山体高度值，以构成形似梯田状的山型，再参照拍摄的真实照片，通过适当选取相邻的采样点，来构成四边形或三角形，最后贴上纹理，即获得岛屿模型。6、本船模拟。本船是指操作者在操作时在驾驶台所看到的本船的具体形状。本船是操作者判断船舶运动的参照物，通过视景的相对运动，操作者可以真实地感受到船舶的运动。孙腾达等将本船的建模归纳为两种方法通过简单模型贴本船纹理的方法来实现；使用3DMAX，MAYA和MULTIGENCREATOR等建模软件建立真三维的几何模型，实时生成。简单模型贴本船纹理主要是获取船舶纹理，在模型
7、基础上贴上纹理即可；三维的几何模型学要复杂的几何纹理，数据量大，但仿真度高，也更加精确。6、海浪模拟。由于水波和浪花形状的不规则性，对其的实时动态模拟一直困扰着航海仿真领域的研究们。张秀凤等分析了海面浪花的生成条件，用粒子系统和图象合成相结合的方法，实现了动态海面及海面浪花的实时仿真。在模拟船舶周围浪花时，作者提出了椭圆模型，可方便地确定粒子的随机初始位置，通过调整粒子在椭圆上的限定范围，可用同一粒子系统，分别模拟出船体首部、尾部以及其它部位的兴波，并给出了粒子各属性的确定方法。尹勇也提出将粒子系统应用于航海仿真系统中的雨、雪等自然现象的仿真，使具有不规则性、动态性和随机性，很难在仿真系统中用
8、FBM方法和L系统方法实现对它们实时仿真的雨、雪、闪电等自然现象实现动态实时仿真。8、环幕立体投影和误差分析。环幕立体投影系统由综合船桥系统INTEGRATEDBRIDGESYSTEM,IBS、视景可视化系统与立体投影系统组成。通过对模拟器视景的圆柱面环幕投影误差的分析，能建立圆柱面环幕投影误差纠正模型，为多通道宽视场角视景的屏幕图像进行实时纠正。周卫兵等根据大型船舶操纵模拟器研制的需要，对模拟器7通道270宽视场角环幕投影视景的圆柱面环幕透视投影进行分析，建立了圆柱面环幕透视投影变换模型和圆柱面透视投影误差纠正模型。并针对大连海事大学的船舶操纵模拟器进行分析，求出该模拟器环幕透视投影可能产生
9、的最大误差及所需的误差纠正值。这就为船舶操纵模拟器的多通道宽视场角环幕投影视景奠定了一定的理论基础。9、船舶操纵模拟器在船舶通航安全评估中的应用。通过在船舶操纵模拟器中的模拟，可以为船舶是否能够安全通航做出评估。洪碧光指出利用船舶操纵模拟器实时进行船舶通航安全模拟试验，不仅可以增强船舶通航安全，预估航行风险，降低工程实验费用，减少不必要的经济损失，还可以优化航道工程设计，提高港口的经济效益和竞争力，挖掘港口泊位的潜力，充分利用港口的实际靠泊能力。10、3D技术的运用。3D技术在船舶操纵模拟器中的使用，使操纵模拟器视景的真实感大大提高。在3D航海模拟器视景系统对设计港口和航路安全的评估中提出基于
10、CREATORANDVEGA技术的3D视景技术已经得到发展。特殊的技术已经在3D模型中使用，例如造型程序，优化和模型整合。一种基于MFC，通过使用VEGAAPI和的实时模拟已经产生。视景模型的显示和控制技术、在VEGA海浪模拟中观测点的改变使得航海模拟器的视景能够高保真。11、学习目标和模拟器类型之间的关系。STEFANKLUJ指出，在一些特殊的培训当中，可以完成所有任务的模拟器并不一定是最好的。在STCW公约中对模拟器的问题也进行了阐述。模拟器的发展十分迅速，但在发展过程中还是有很多问题需要解决。结合STCW公约要求和实际应用过程中出现的问题，模拟器的还将有更好更快的发展。三、论文的观点发展
11、前景1、论文观点目前针对船舶操纵模拟器视景生成技术的研究大都只是对其中某一个环节，如地形的视景生成、山形的视景生成、海浪的视景生成或图像的拼接技术，而没有一个系统的论述，使得船舶操纵模拟器视景生成技术不能很好的在实际中得到应用的情况。本文综合对各种视景生成技术的分部研究，阐述航海模拟器中视景数据库的整个建模流程及生成方法，系统的总结出一套科学的合理的视景数据库建模流程。将本文总结的系统流程应用于实践当中，提高航海模拟器视景生成技术在实际当中的应用，帮助培训、科研和海事研究人员更真实地对实际环境进行模拟，得出更符合实际的数据并在实际应用中得到更精确地分析结果。2、发展前景原先的视景建模方法效率低
12、、建模时间长、对建模人员的专业知识水平要求高，而且模型修整调试困难。本文总结出了视景数据库整个建模流程，对三维视景生成技术和环幕投影技术进行了较为详细的阐述，使航海模拟器视景生成技术有了较为完整的一套科学理论，在今后的实际工作中可以作为借鉴，促进航海模拟器视景生成技术的发展和提高。四、主要参考文献1金一丞航海模拟器中的视景系统J大连海事大学学报2001，27216172金一丞STCW公约与航海模拟器的发展大连海事大学学报2002,28352553尹勇航海模拟器视景的建模大连海事大学学报2001,27420214邱志雄不同视点重叠图像自动拼接算法中国航海2001,242435任鸿翔船舶操纵模拟器
13、视景中的山形建模2001,6A,43793806孙腾达，金一丞航海模拟器视景中本船船首图形的绘制J大连海事大学学报，2001，271197张秀凤航海仿真虚拟环境的海浪视景生成技术系统仿真学报2002,1433133148尹勇自然现象的实时仿真系统仿真学报2002,14912179周卫兵船舶操纵模拟器环幕投影误差分析系统仿真学报2004,164752753,78010洪碧光船舶操纵模拟器在船舶通航安全评估中的应用中国航海2003,3242511THREEDIMENSIONALVISIONSYSTEMOFNAVIGATIONALSIMULATORFORASSESSMENTOFNAVIGATIONS
14、AFETYINDESIGNOFHARBORANDWATERWAYAPROCEEDINGSOFTHEFIRSTINTERNATIONALCONFERENCEONRISKANALYSISANDCRISISRESPONSEC,200712OLIVIERDOUCYNEARSURFACEMANEUVERINGANDSTATIONKEEPINGFORANAUTONOMOUSUNDERWATERVEHICLENATOSYMPOSIUM,APPLIEDVEHICLETECHNOLOGYPANEL,ANKARA,TURKEY,OCTOBER,2000082913STEFANKLUJTHERELATIONBETWEENLEARNINGOBJECTIVEANDTHEAPPROPRIATESIMULATORTYPE
