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原文传递船舶调距桨操控虚拟仿真的研究

论文题名：	船舶调距桨操控虚拟仿真的研究
关键词：	船舶;调距桨;虚拟现实技术;操控系统;建模方法;虚拟场景;系统总体设计;三维模型;工作原理;可调螺距螺旋桨;数学关系;软件;内部结构;控制模式;转速;三维立体建模;空间三维坐标;船员;螺旋桨叶片;优化匹配
摘要：	可调螺距螺旋桨（调距桨）系统可以实现船机桨的优化匹配，提高船舶的操作性和机动性，节省能源消耗，降低碳排放量，已越来越多的运用到现代船舶上。开展本课题旨在利用虚拟现实技术来塑造纯软件的船舶调距桨虚拟操控系统，克服传统调距桨操控培训中的若干缺点，针对性地对船员和学员进行培训，一方面有助于提高船员的训练操作技能，另一方面在教学过程中有助于让学员更直观的认识调距桨的内部机构、工作原理以及操控过程等。　　本文以某实船为例，通过对调距桨工作原理、虚拟现实技术的研究，建立了调距桨数学模型和三维模型，设计了调距桨虚拟操控仿真系统，实现了对调距桨不同控制模式下，螺距和转速操控的视景仿真。本文主要进行的工作如下：　　 1）通过对调距桨操控系统的内部结构、控制原理以及工作模式的研究，深入分析了船机桨的最优匹配关系，并针对实船数据进行了计算分析，得出了车钟控制油门与螺距、转速之间的数学关系，建立了控制模型。　　 2）认真分析各个建模软件的优缺点和兼容性，并根据调距桨的特点，采用3ds max和UG软件对螺旋桨及操控机构的主要零部件进行三维立体建模，并提出相应的建模原则和建模方法。尤其是针对螺旋桨叶片的建模，根据其流线型的特点，通过坐标转化公式将图纸中的二维型值表转化为空间三维坐标，利用UG软件的点-线-面建模方法完成建模，保证了模型的精度，再通过3ds max对相应的材质、灯光等属性进行处理，提高了模型的真实度。　　 3）完成系统总体设计，包括三个部分：首先在VRP-builder平台下对三维模型进行处理形成虚拟场景，通过触发函数、动作路径等场景编辑，以实现内部结构、工作原理的虚拟展示；同时根据虚拟操控的需要，在VRP-SDK环境下，设计出虚拟仿真的底层框架，同时利用Visual C++程序对不同控制模式下车钟、螺距和转速的数学关系进行程序设计，并调用虚拟场景中的脚本程序，以实现操控面板对调距桨的视景虚拟操控；最后通过对场景进行碰撞检测和3D立体投影处理，以实现调距桨虚拟操控系统的立体视觉效果展示，增加沉浸感。　　该系统可以通过VRPIE形式发布，以Web下载方式实现虚拟场景的人机交互功能，在实际船员训练和教学中发挥了一定的作用，在系统设计过程中总结的建模方法和设计思路也为进一步完善船舶其他虚拟操控系统提供了一定的参考价值。
作者：	孔鹏
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	徐轶群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	集美大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文