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冰区航行模拟器三维视景系统的关键技术研究

冰区航行模拟器三维视景系统的关键技术研究

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作者：樊航集美大学

学位级别：硕士

近年来随着航海技术的不断发展,且温室效应的加剧导致全球气温升高,冰川快速融化,使得原来被冰川覆盖水域出现了可航行区域,让冰区航行成为可能,有关冰区航行的研究也成为时下热门研究方向。对于我国来说,在发展中国航海事业方面,对冰... 详细信息

近年来随着航海技术的不断发展,且温室效应的加剧导致全球气温升高,冰川快速融化,使得原来被冰川覆盖水域出现了可航行区域,让冰区航行成为可能,有关冰区航行的研究也成为时下热门研究方向。对于我国来说,在发展中国航海事业方面,对冰区航行模拟器关键技术进行研究可以极大促进我国冰区航行事业。针对极地航道的特殊性,运用冰区航行模拟器可以专门培训冰区航行相关船员,并且可以更加快速的培训出参与冰区航行的人员,其中冰区航行模拟器中三维视景系统是整个技术研究的重点。冰区航行模拟器三维视景系统中海冰破碎模型是研究的关键之一,而弯曲破坏是海冰在破冰船前进过程中的主要破碎形式。海冰弯曲破碎模型的建立需要结合破冰船舶的破冰前进速度、海冰厚度、碰撞位置等因素的变化,很好的反映了冰区航行中破冰的实时性和真实性。本文最终选用弯曲破碎方法对海冰进行几何建模,在破冰船舶与海冰碰撞过程中对数据和场景进行优化,以实现冰区航行中船-冰连续碰撞的视景仿真,最终运用冰区航行模拟器对船员进行相应的冰区航行操作培训。本文的主要研究内容如下:(1)对海冰的类型分类情况进行归纳整理,并对海冰的基本物理特性和力学特性进行分析,确定海冰的几种主要破碎模式。通过对破冰船前进过程中与海冰接触方式的几何图形分析,确定船-冰碰撞中海冰的主要破碎方式为弯曲破碎模式。(2)为了便于几何破碎模型的建立,对海冰的弯曲破碎模式进行理想化假设。运用海冰破碎半径的经验公式对船冰碰撞阶段的海冰破碎范围进行几何建模,对破冰船与海冰进行碰撞的图形化分析。对船冰碰撞接触阶段进行综合受力分析,从而得出船舶在破冰航行过程中在六自由度的受力公式。(3)在三维仿真实验中,基于包围盒理论实现船-冰碰撞检测。通过对海冰的场景管理运用四叉树空间索引方法,提高海冰场景的利用效率,对海冰模块进行Voronoi图算法预破碎处理,提高船-冰碰撞检测时间效率。最后将弯曲破碎几何模型运用到船冰碰撞仿真过程中,对破碎范围内的海冰进行破碎处理,提高视景的真实性和实时性。

关键词：冰区航行模拟器船-冰碰撞检测弯曲破碎四叉树空间索引 Voronoi图算法

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