【摘 要】
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船舶航行事故大部分是由人为因素引起的,人为因素中因船员技能不足酿成的事故占一半,加强船员技能的培训将有助于减少海上航行事故的发生。通过模拟不同的航行场景和设置各种航行障碍,航海模拟器可为驾驶员提供逼真的训练场景,可在短期内提高船员的船舶航行操纵水平。与实船训练相比,航海模拟器虽然降低了训练成本和风险,提高了训练效果,但也存在结构复杂、开发周期长、维护成本高等问题。随着虚拟仿真技术的发展,UE4(U
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船舶航行事故大部分是由人为因素引起的,人为因素中因船员技能不足酿成的事故占一半,加强船员技能的培训将有助于减少海上航行事故的发生。通过模拟不同的航行场景和设置各种航行障碍,航海模拟器可为驾驶员提供逼真的训练场景,可在短期内提高船员的船舶航行操纵水平。与实船训练相比,航海模拟器虽然降低了训练成本和风险,提高了训练效果,但也存在结构复杂、开发周期长、维护成本高等问题。随着虚拟仿真技术的发展,UE4(Unreal Engine 4)由于其开发周期短,可移植性高,场景效果逼真等特点,在三维场景仿真中扮演着重要的角色。本文利用UE4引擎对船舶操纵训练场景进行研究开发,以提供一个开发简单、维护成本低、视觉效果逼真的仿真环境。本文的主要研究工作如下:(1)对雨雪不同的物理特性和运动属性进行研究分析,对粒子系统的实现原理进行分析,通过UE4引擎的粒子编辑器分别制作出雨雪粒子特效,结合雨雪等级划分标准,模拟不同的降雨、降雪等气象环境;通过对船舶码头等模型材质的重写,结合时间曲线的运用实现降雪天气下船舶表面的积雪效果模拟;根据海雾等级划分标准建立海雾等级与能见度关系模型,通过对能见距离的改变模拟了不同等级的雾况。(2)通过对各种海浪仿真模型的比较分析,选择Gerstner波模型作为本文的海浪仿真模型,结合UE4引擎的材质系统对海浪进行渲染,并通过修改海浪材质参数实现了对不同海况效果的模拟;同时采用纹理映射方法完成了对海浪泡沫与船舶航行尾迹的模拟。(3)对船舶操纵训练场景进行需求分析,并在UMG(Unreal Motion Graphics)系统中进行了用户界面设计,将天空、气象、海浪和船舶等信息集成到船舶操纵训练场景中,开发了一个可以切换天气,设置海面状况,可以设置目标船舶的参数以实现目标船自行运动,通过操作界面控制本船运动的系统,实现了船舶操纵模拟训练中的不同场景的仿真。本文研究实现的基于UE4船舶操纵训练场景原型系统运行流畅,视觉效果逼真,操作简单,基本可以满足船员操纵船舶训练的需求。
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