基于OpenGL的海浪与船舶运动虚拟仿真研究

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利用虚拟现实技术分析研究海浪以及船舶的各种运动,已经成为一种新的、更胜于传统的物理仿真与实验的研究方法。本文利用这一技术研究海浪与船舶运动,并构建三维虚拟场景模拟海浪及船舶的纵摇、横摇和升沉运动。  首先对课题研究过程中所涉及的相关技术发展进行了简要介绍,包括海浪、船舶运动建模和虚拟现实技术的国内外研究状况和进展。  其次,从海浪的随机性和复杂性的角度出发,对海浪运动中的规则波、不规则波进行了分析,采用基于P-M海浪谱的海浪建模方法建立了海浪运动的数学模型;通过海浪谱公式获取某一风速下的频率、波幅等参数值,以实现固定风速下的海浪仿真,并通过matlab的数值仿真实验验证了模型的正确性。  然后,通过对规则波下的船舶纵、横摇和升沉运动的受力情况的分析,建立了基于二阶模型的船舶运动模型,利用线性叠加原理得到船舶在长峰波下的纵、横摇和升沉运动响应。根据建立的横摇、纵摇和升沉运动微分方程,求解出相应的横摇角、纵摇角和升沉量,采用matlab软件进行了数值仿真和验证。  最后,在VC环境下,结合OpenGL技术构建了一个符合海浪运动规律的虚拟海洋环境的网格模型,并添加纹理渲染,实现海洋的三维虚拟仿真。然后在海浪网格模型的基础上对船舶的纵、横摇及升沉运动进行了计算与仿真,比较真实地模拟了不同海况下船舶的摇摆运动。
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