陳姚節(jié) 魯福章 葛程

摘要：本文基于Vega Prime引擎實現(xiàn)了船舶在海洋上駕駛仿真時船舶和海洋參數(shù)的模擬，從而模擬真實船舶航行時船的運動姿態(tài)和海洋效果，以及實時的天空環(huán)境的仿真。

關(guān)鍵詞：船舶仿真；視景

中圖分類號：G642.0；G434 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）05-0240-02

一、引言

船舶駕駛是一項非常復(fù)雜的“人-機-環(huán)境”工程。它不僅要求駕駛?cè)藛T具備豐富而扎實的理論知識，而且更需要具有相當?shù)暮胶嶋H經(jīng)驗，能應(yīng)付各種緊急情況、保障航行安全。目前，隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，船舶駕駛仿真的應(yīng)用范圍越來越廣，除基本的船員技能訓(xùn)練與適任評估外，航?？茖W(xué)研究、海事模擬分析、港口建設(shè)工程設(shè)計模擬論證以及航海教育與培訓(xùn)等方面都得以廣泛的應(yīng)用。因此，船舶駕駛模擬仿真的開發(fā)有著廣泛的實用背景。

二、船舶參數(shù)設(shè)置

如圖所示，顯示的是船舶規(guī)格參數(shù)的設(shè)置，包括中心位置、長、寬、船頭角度等參數(shù)。對于如下不同尺寸的船，應(yīng)該設(shè)置成不同的尺寸。圖1.1、1.2、1.3分別給出三種不同的船舶模型：

另外還可以設(shè)置船的其他一些參數(shù)：最大速度（節(jié)）、最大轉(zhuǎn)向速率（度/秒）以及在海洋中產(chǎn)生浪花的寬度和角度等。下圖是集裝箱船的參數(shù)設(shè)置：

三、海洋參數(shù)設(shè)置

在VEGA PRIME的海洋模塊中，對于海洋觀察者的設(shè)置，有如下四種：ObserverCentered、FixedLocation、SurfZone和Technique。由于船在海洋上航行，觀察者即在船上隨著船一起運動，因此應(yīng)該設(shè)置為以觀察者為中心的ObserverCentered類型。并且為了節(jié)約一定的資源，可以設(shè)置合適的海洋的遠裁切面距離，剔除超出觀察者一定距離的海洋，并進行繪制。

同時，對于海洋本身的一些細節(jié)參數(shù)，可以進行如下圖所示的設(shè)置：

上圖即為海洋中一些參數(shù)的設(shè)置，包括海浪等級、海洋表面風速、產(chǎn)生的海浪達到的最大高度、海浪方向等。這些參數(shù)的設(shè)置可以讓整個海洋的海浪產(chǎn)生不同的海洋效果。

三、實時天空環(huán)境設(shè)置

天空環(huán)境的設(shè)置包括太陽、月亮、云、風、雨、雪等的設(shè)置。同時可以設(shè)置年月日以及時分秒，并隨著當前時間的改變而改變太陽的位置，以及月亮的出現(xiàn)。如下圖所示設(shè)置年月日、場景的相對經(jīng)緯度位置，以及時間和時間改變的快慢（1則是按正常時間進行改變）。

圖6分別是12：00分時刻使用散裝船在上海黃浦江東方明珠塔段視景仿真的實驗結(jié)果。

五、結(jié)論

本文使用VEGA PRIME引擎，模擬出真實船舶航行時船的運動姿態(tài)和海洋效果，以及實時的天空環(huán)境的仿真，仿真效果逼真，運行流暢，對于船舶運動的研究具有一定的價值；并且運用在船舶駕駛模擬器上，具有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]朱偲.動態(tài)海洋環(huán)境仿真中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2010.

[2]周世波，熊振南.天津港虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].測繪科學(xué)，2012，（4）.