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摘 要:为实现船舶的虚拟漫游,基于图形、图像的建模和绘制在虚拟造船以及船舶漫游上的应用特点、方法和模式,通过运用Creator和Vega软件,并集成其他船舶设计软件的数字化数据应用于船舶设计,采用混合建模方法在大场景中实现局部的绘制和交互.该方法利用游戏引擎设计的场景,实现多人在同一平台上互动;通过模拟船舶的各种命令,使轮机部船员和驾驶台船员的协调训练获得虚拟实现.该方法可为船用设备的交互动作提供工作空间的直接数据,为船舶设计的优化提供视觉上的判断.
关键词:虚拟漫游; 船舶; 建模; 游戏引擎
中图分类号:U666.158; TP391.9; TP274文献标志码:A
Virtual roaming of ship
CHEN Qinglin, LIN Shaofen
(Marine Engineering Institute, Jimei Univ., Xiamen Fujian 361021, China)
Abstract: In order to realize the virtual roaming of ship, according to the application characteristics, methods and modes of modeling and rendering based on graphic and image for the virtual ship building and roaming, hybrid modeling method is adopted to realize local render and interaction in large terrain scenes by using the software of Creator and Vega and integrating the digital data created by other ship design softwares into the ship design. The virtual scene designed by game engine software enables many players to communicate on the same platform; the virtual exercises for coordination between engineers and deck officers are attained via simulating various orders coming from the ship. This method can provide direct data of workspace for the interactive action of marine equipment, and present visual judgement for the optimization of ship design.
Key words: virtual roaming; ship; modeling; game engine
0 引 言
虚拟现实技术是人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、网络技术和并行计算技术等多种技术的集成,是1种有效模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术.应用虚拟现实技术可进行单一设备的虚拟现实设计,如船舶货物装卸运动的模拟、吊装方案设计[1],阀门的虚拟拆分[2],稳压器虚拟效果仿真[3];还可实现舰船航行[4]、破损舰船虚拟进坞[5]、虚拟战场和武器研制[6]等大场景的视景仿真和漫游.上述的虚拟现实在虚拟设备和场景的构造方法上可分为2种:一种基于图形的建模和绘制(Geometry-Based Modeling and Rendering,GBMR),属传统的虚拟漫游技术,称为建模法;另一种基于图像的建模和绘制(Image-Based Modeling and Rendering,IBMR)(通常用于3D游戏),属新兴的基于实景图像的虚拟技术,称为图像法.绘制速度、逼真度以及交互性是虚拟现实需要解决的关键问题.GBMR绘制图形的速度与图形模型的复杂度密切相关,绘制时间一般随模型复杂度的提高呈几何级数提高(在系统资源和配置情况不变的前提下);而IBMR绘制图像的速度仅与图像分辨率相关,具有逼真度高、运算速度快、占用系统资源少等优点,可实现快速绘制.GBMR具有良好的交互性,可以任选观察方位对模型进行任意编辑、修改或裁剪,适用于虚拟造船的漫游;IBMR的交互性则受到一定的制约,主要适用于具有有限交互能力的浏览系统,与船员培训、虚拟操纵在视景仿真上的迫切要求相吻合.本文基于图形、图像的建模和绘制在虚拟造船以及船舶漫游上的应用特点、方法和模式,提出1种混合建模方法,并将其应用于大场景中的局部交互.
1 基于图形的虚拟造船
3D图形建模软件非常丰富,其中MultiGen Creator软件的显著特点是在满足实时性的前提下生成面向仿真的、逼真度高的大面积场景,结合视景驱动软件Vega,可实现人工环境漫游、视景视觉仿真和游戏开发等.由于Creator本身侧重于视觉效果模拟,单纯使用Creator难以建立相对精确的工程模拟系统,有必要结合其他建模软件,进行各模型数据的精确互换,实现快速建模.基于图形的场景与设备的建模方法有2种:一是没有现成的数据,采用Creator直接建模;二是已有1套船体和设备的数据,可将其先转换为Creator兼容的数据,再由Creator转换为Vega能识别的数据,或用其他软件将其转换为可兼容的数据,见图1.图1 基于图形的漫游系统开发模式
1.1 基于图形的直接建模和漫游
为达到逼真的船舶内部场景漫游效果,需要在视景系统中预先建立船体和船用设备复杂的3D模型,建模过程涉及实例化技术、外部引用计数和纹理映射技术[7]等.在视景变换过程中, 需对这种复杂的3D船舶场景模型进行实时渲染.以自动化机舱集控室为原型,采用建模软件Creator创建出各设备和大场景的3D模型,Creator 3D模型的数据格式为OpenFlight[8](该格式采用细节层次模型(Level Of Detail,LOD)存储3D模型,以便对整体模型进行存取).完成场景数据建模后,利用实时视景驱动软件Vega,将模型添加至虚拟场景,其关键技术是设置漫游模式和碰撞检测.[9]漫游模式实质上是观察者在3D场景中的位置和视角不断变化的过程.在Vega中可以采用键盘控制漫游和程序设定漫游.键盘控制漫游利用Vega中的Motion Models面板选择Drive运动模式,程序运行时则可以采用键盘和鼠标对漫游进行控制,实现观察者前、后、左、右等4个方向位置的改变和上、下、左、右等4个方向视角的改变.在Vega提供的Lynx图形界面中,通过Pathing面板、Nigation面板和Path Tool工具设置漫游路径,在Player面板中将路径关联到1个已创建的场景运动体(Player)中,实现漫游者沿固定路径的漫游.
碰撞检测的关键是对碰撞结果的处理,处理结果有2种:一种是碰撞后让漫游者停止,无法前进;另一种是碰撞后触发设备的动作.机舱内主要的仪表和控制台可实现触动控制按钮或手柄:在控制按钮或手柄的有效距离内,漫游者手产生动作(通过键盘上某个键的控制),相应设备产生响应(电机转动或舵机转角指示仪的转角改变等).此仿真功能的实现缘于Vega提供的大量C语言函数库, 1个函数的调用可替代成百上千行的C代码,实现设备的动作响应和控制按钮之间的响应,同时启动预存的声音,不仅效果逼真,而且可以极大地缩短开发时间.图2为虚拟自动化机舱的集控室一角.
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参考文献：
1、 船舶机舱交互漫游系统设计与实现 摘 要： 船舶机舱环境设备众多、场景复杂、管系纵横交错，在此根据机舱训练需求，开展了基于虚拟现实技术的船舶机舱交互漫游系统研究。分析了基于网络的。
2、 虚拟货币在旅游消费中的潜在支付优势 虚拟货币引领的货币变革自2009年比特币被开发出来至今已经七个年头，对于这种新型虚拟货币的争论也延续了七年。这种全球通用且完全交由用户自治的加。
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