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内河船舶模拟器中大尺度河流实时绘制

系统仿真学报 2016年第9期28卷 2023-2027,2034页

作者：翟小明尹勇神和龙大连海事大学航海动态仿真与控制实验室大连116026

为提升现有内河船舶模拟器中河流仿真的真实感,提出一种适用于内河船舶模拟器中大尺度河流绘制方法。该方法通过引入流函数构建河流速度场,并利用泊松盘分布算法控制河流速度场空间分布,可有效地平衡效率与河流表面绘制效果;利用GPU的... 详细信息

为提升现有内河船舶模拟器中河流仿真的真实感,提出一种适用于内河船舶模拟器中大尺度河流绘制方法。该方法通过引入流函数构建河流速度场,并利用泊松盘分布算法控制河流速度场空间分布,可有效地平衡效率与河流表面绘制效果;利用GPU的并行性和可编程性完成河流可视化。实验结果证明:构建的河流流体速度场能够很好地体现河流流动特性,并且泊松盘分布算法能良好地控制河流表面。基于GPU能够实现大尺度河流实时绘制,并提升内河船舶模拟器中河流视景的环境真实感。

关键词：船舶模拟器河流大尺度实时绘制 GPU

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锚操作仿真系统的研究

系统仿真学报 2016年第9期28卷 2009-2016页

作者：朱忠显尹勇神和龙大连海事大学航海动态仿真和控制实验室大连116026

锚操作模拟器能够为科研人员和受训的锚操作人员提供一个良好的可视化平台,对改善工作环境和提高工作效率有非常重要的意义。为搭建锚操作场景仿真系统,基于集中质量法建立了锚泊系统的动力学模型,并在航海模拟器的基础上加入海洋平台... 详细信息

锚操作模拟器能够为科研人员和受训的锚操作人员提供一个良好的可视化平台,对改善工作环境和提高工作效率有非常重要的意义。为搭建锚操作场景仿真系统,基于集中质量法建立了锚泊系统的动力学模型,并在航海模拟器的基础上加入海洋平台和锚作船的运动数学模型;利用OSG(Open Scene Graph)场景管理引擎,并采用一系列可视化方法与技术实现锚操作过程的仿真,形成一套基于物理的锚操作场景仿真软件。仿真系统包括数学模型解算模块、场景仿真模块和用户交互模块。系统的测试结果表明仿真效果、实时性和稳定性均能够满足锚操作模拟器的要求。

关键词：锚操作模拟器锚泊系统动力学仿真集中质量法

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新型深水绷紧式系泊系统动力特性分析

船舶力学 2019年第2期23卷 180-189页

作者：朱忠显尹勇神和龙大连海事大学航海动态仿真和控制实验室辽宁大连116026

通过对工作水深为1 500 m的新型绷紧式系泊系统中单根系缆进行动刚度和动张力计算,并与静刚度下计算结果比较,说明了在合成纤维系缆数值计算中考虑其动刚度特性的必要性;传统动刚度计算中将整条系缆作为直线考虑,假定系缆上的应力和应... 详细信息

通过对工作水深为1 500 m的新型绷紧式系泊系统中单根系缆进行动刚度和动张力计算,并与静刚度下计算结果比较,说明了在合成纤维系缆数值计算中考虑其动刚度特性的必要性;传统动刚度计算中将整条系缆作为直线考虑,假定系缆上的应力和应变处处相同,不考虑系缆自身重量,且忽略流体动力作用,这些假设和忽略降低了计算精度;基于集中质量法建立了系缆的动力学模型,提出采用分段动刚度方法通过迭代计算各缆段上的动刚度和动张力,并考虑了系缆自身重量、流体动力和海流等因素的影响;由于传统方法中取预张力作为平均张力计算会降低精度,于是提出基于统计的方法计算各缆段的平均张力,并用于该缆段动刚度的计算。该研究对于绷紧式系泊系统的数值分析和工程应用具有重要的意义。

关键词：绷紧式系泊系统集中质量法动力学模型动刚度特性合成纤维系缆聚酯纤维

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海洋工程船克令吊装卸仿真系统的运动模型

系统仿真学报 2016年第9期28卷 2090-2094,2100页

作者：神和龙尹勇王秀杰大连海事大学航海动态仿真和控制交通行业重点实验室大连116026

海洋资源的开发对海洋工程设备有着高度的依赖性,其中海洋工程船应用领域广泛,船舶上常用的设备克令吊对货物的移动起到至关重要的作用。选取海洋工程船上最为常见的挺杆式克令吊为研究对象,根据其运动规律,利用拉格朗日方程建立克令吊... 详细信息

海洋资源的开发对海洋工程设备有着高度的依赖性,其中海洋工程船应用领域广泛,船舶上常用的设备克令吊对货物的移动起到至关重要的作用。选取海洋工程船上最为常见的挺杆式克令吊为研究对象,根据其运动规律,利用拉格朗日方程建立克令吊系统的运动模型,并采用四阶龙格库塔方法对模型进行求解,分析了克令吊在不同作业形式下的动力学特性,并对模型进行了验证。

关键词：克令吊装卸仿真系统挺杆式克令吊运动模型拉格朗日运动方程动力学特性

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海上监控视频实时去雾算法研究

北京理工大学学报 2018年第4期38卷 381-386页

作者：神和龙尹勇夏桂林唐皇大连海事大学航海动态仿真与控制实验室辽宁大连116026

为提高船舶在雾天航行的安全性,对船舶监控视频流进行实时去雾.建立雾天退化物理模型,采用数学中不等式缩放理论估计出每帧有雾图像的透射率和全局大气光,然后根据雾天成像的物理模型恢复出每帧去雾图像.根据海上监控视频图像具有大面... 详细信息

为提高船舶在雾天航行的安全性,对船舶监控视频流进行实时去雾.建立雾天退化物理模型,采用数学中不等式缩放理论估计出每帧有雾图像的透射率和全局大气光,然后根据雾天成像的物理模型恢复出每帧去雾图像.根据海上监控视频图像具有大面积天空和海水,对该算法中的参数依据航海目标细节恢复程度和图像对比度等因素进行估计.实验结果表明,该算法能够有效恢复海上目标的细节清晰度和提高图像的对比度,又能满足视频流实时去雾的要求,说明算法能够较好地解决海上监控视频实时去雾问题.

关键词：不等式缩放参数估计实时去雾细节清晰度

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基于集中质量法的水下缆索破断动力学仿真

系统仿真学报 2018年第1期30卷 228-234页

作者：朱忠显尹勇神和龙大连海事大学航海学院辽宁大连116026

为数值模拟和预测缆索破断的动力学特性,基于集中质量法建立了水下缆索的动力学模型,采用经典的Runge-Kutta法进行数值解算;通过设置合适的边界条件实现对缆索破断的模拟,并对快速破断和缓慢破断的动力学行为进行了研究;数值模拟结果表... 详细信息

为数值模拟和预测缆索破断的动力学特性,基于集中质量法建立了水下缆索的动力学模型,采用经典的Runge-Kutta法进行数值解算;通过设置合适的边界条件实现对缆索破断的模拟,并对快速破断和缓慢破断的动力学行为进行了研究;数值模拟结果表明,破断点及其附近节点的速度在破断后极短的时间内达到最大值,之后扰动以弹性波的形式向破断点以远的方向传播;缓慢破断时张力和速度在缆索上能够更加均匀地分布,使得动能在整条缆索上的分布更加均匀,从而能够高速运动的缆索节点数目更少,节点维持高速运动的时间更短;揭示了扰动以弹性波的形式在破断缆索上的传播机制,用数值的方法证明缓慢破断比快速破断更加安全。

关键词：水下缆索破断缆索动力学仿真集中质量法弹性波

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锚操作模拟器中锚泊系统的建模与仿真

系统仿真学报 2015年第10期27卷 2285-2290页

作者：朱忠显尹勇神和龙大连海事大学航海学院大连116026

锚泊系统的建模与仿真是锚操作模拟器中的关键技术之一,模型的质量和可视化效果将会影响到场景仿真的实时性、逼真度和沉浸感,从而影响到利用模拟器进行抛起锚培训的效果。基于集中质量法建立了锚泊系统的动力学模型,采用四阶龙格-库塔... 详细信息

锚泊系统的建模与仿真是锚操作模拟器中的关键技术之一,模型的质量和可视化效果将会影响到场景仿真的实时性、逼真度和沉浸感,从而影响到利用模拟器进行抛起锚培训的效果。基于集中质量法建立了锚泊系统的动力学模型,采用四阶龙格-库塔法进行了数值解算,模型解算的速度能够满足仿真的实时性要求;建立了非线性海床土中锚泊线的受力模型,实现了锚泊线与海床土的交互建模,能够反映嵌入海床土中锚泊线的运动情况;采用了一系列可视化技术,实现了海洋工程中锚操作过程的动态仿真及可视化。

关键词：锚操作模拟器锚泊系统集中质量法动力学模型

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一种基于虚拟现实系统的船舶数字孪生框架

北京交通大学学报 2020年第5期44卷 117-124页

作者：景乾峰神和龙尹勇大连海事大学航海动态仿真和控制实验室辽宁大连116026

数字孪生是真实船舶的动态虚拟再现,它利用来自传感器数据和物理模型的综合知识来模拟船舶的运行状态.提出一种基于虚拟现实系统的船舶数字孪生框架,首先开发实海域数据库和水动力数据库,以确保海洋环境和船舶运动特性与物理实体的一致... 详细信息

数字孪生是真实船舶的动态虚拟再现,它利用来自传感器数据和物理模型的综合知识来模拟船舶的运行状态.提出一种基于虚拟现实系统的船舶数字孪生框架,首先开发实海域数据库和水动力数据库,以确保海洋环境和船舶运动特性与物理实体的一致性,然后基于传感器数据和物理模型构建虚拟船舶,最后在模拟器中对实海域环境和虚拟船舶进行渲染.传感器驱动的虚拟船舶可用于航行状态的实时监控,物理模型预测结果可与恶劣海况下的工况极限等知识进行集成,以提供早期预警信息.此外,展示了基于该框架的航程重现分析实例,其中控制输入与实船传感器保持一致.结果表明:基于物理模型能够提供有效的船舶运行状态预测信息.该数字孪生框架能够增强智能船舶的态势感知能力.

关键词：虚拟现实系统数字孪生传感器实海域数据库物理模型智能船舶

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精细积分法在曳纲动态仿真中的应用研究

系统仿真学报 2015年第10期27卷 2272-2277 2284,2284页

作者：高帅尹勇孙霄峰神和龙大连海事大学航海学院大连116026

为实现拖网渔船曳纲的三维动态仿真,采用集中质量法建立曳纲的水动力数学模型,将曳纲在空间上离散为一系列质量点,这些点通过无质量弹簧相连,忽略曳纲的扭转、抖动等,根据牛顿第二定律建立曳纲运动控制方程,通过指数矩阵精细积分法对曳... 详细信息

为实现拖网渔船曳纲的三维动态仿真,采用集中质量法建立曳纲的水动力数学模型,将曳纲在空间上离散为一系列质量点,这些点通过无质量弹簧相连,忽略曳纲的扭转、抖动等,根据牛顿第二定律建立曳纲运动控制方程,通过指数矩阵精细积分法对曳纲的非线性动力学微分方程组进行求解,得到曳纲的位置和速度信息,从而进行曳纲动态可视化。该数值方法具有很高的精度和效率以及较大的适用范围,数值计算的结果与相关实验数据比较证明了该方法的有效性。

关键词：曳纲集中质量法非线性动力方程精细积分