航海模拟器PDF电子书下载

第0章 绪论 1

0.1《STCW公约》对航海模拟器的相关规定 2

0.1.1模拟器的使用 2

0.1.2应用模拟器进行培训和适任评估的范围 2

0.1.3模拟器的性能标准 4

0.1.4模拟器的种类 7

0.1.5模拟器的分级 7

0.2航海模拟器的发展展望 8

0.2.1模拟器的用途和发展趋势 8

0.2.2物理真实感 8

0.2.3行为真实感 9

0.2.4环境真实感 10

0.2.5多本船系统 12

0.3本书的主要内容 12

参考文献 14

第1章 系统基本结构 15

1.1教练员站 21

1.1.1教练员站配置 22

1.1.2教练员站功能 22

1.2主本船 28

1.2.1驾驶台设备（仪表）的配置 28

1.2.2视景系统 45

1.2.3船舶运动数学模型 48

1.3副本船 50

参考文献 51

第2章 船舶运动数学模型 53

2.1船舶六自由度运动数学模型 53

2.1.1两种坐标系 54

2.1.2船舶四自由度运动方程式 54

2.1.3船舶纵摇与升沉耦合运动数学模型 55

2.2船体水动力的计算模型 56

2.2.1船体上惯性水动力导数的计算模型 56

2.2.2小漂角运动时黏性水动力的计算模型 57

2.2.3大漂角运动时黏性水动力的计算模型 59

2.2.4横摇运动黏性水动力的计算模型 60

2.3主操纵力的计算模型 62

2.3.1定距桨推力及转矩计算模型 62

2.3.2定距桨沉深横向力和力矩计算模型 64

2.3.3主机特性计算模型 65

2.3.4舵力特性计算模型 65

2.3.5舵机特性计算模型 67

2.3.6变距桨推力及转矩计算模型 67

2.3.7平推桨推力计算模型 70

2.3.8喷水推进器计算模型 72

2.4附属操纵力的计算模型 73

2.4.1锚链力计算模型 73

2.4.2缆绳张力计算模型 75

2.4.3拖船动力计算模型 78

2.4.4艏侧推作用力计算模型 78

2.5环境干扰力的计算模型 79

2.5.1风的干扰力计算模型 79

2.5.2一阶波浪力计算模型 80

2.5.3二阶波浪力计算模型 84

2.5.4流的动力计算模型 84

2.5.5浅水效应计算模型 84

2.5.6岸壁效应计算模型 86

2.5.7船间效应计算模型 87

2.5.8船舶碰码头作用力计算模型 90

2.6船舶运动数学模型解算流程 92

2.6.1船舶运动数学模型的数值求解算法 92

2.6.2航海模拟器中船舶运动数学模型的解算流程 93

参考文献 95

第3章 视景系统 98

3.1视景生成的图形学基础 98

3.1.1场景的表示及场景坐标系 99

3.1.2坐标变换 101

3.1.3视变换 103

3.1.4背面剔除 114

3.1.5三维视见体裁剪 114

3.1.6光栅化 119

3.1.7消隐 119

3.1.8明暗 122

3.1.9纹理映射 128

3.1.10动画 134

3.2视景系统的性能指标和硬件平台 135

3.2.1性能指标 135

3.2.2视景系统的硬件平台 138

3.3GPU技术 139

3.3.1GPU的发展历程 139

3.3.2GPU的主要技术 141

3.3.3GPU编程语言 142

3.3.4GPU展望 143

3.4视景建模 144

3.4.1建模工具 144

3.4.2建模素材的搜集 145

3.4.3建模基本步骤 145

3.4.4航海模拟器典型物体的建模 146

3.4.5高效视景数据库结构 147

3.5视景驱动程序 153

3.5.1视景驱动程序 153

3.5.2OpenGVS视景驱动 154

3.5.3OSG视景驱动 155

3.6海浪绘制算法 158

3.6.1波浪谱理论 159

3.6.2海浪绘制算法的研究现状 165

3.6.3海平面网格模型的建立 168

3.6.4高度图的生成 170

3.6.5海面光照及特殊效果 180

3.6.6算法流程与结果分析 185

3.7船舶航迹流和兴波的实时模拟 187

3.7.1基于粒子系统和图像综合的船舶航迹流模拟 187

3.7.2基于粒子系统和图像综合的船舶兴波实时模拟 191

3.7.3算法效率的考虑及实现 194

3.8真实港口的地貌生成 195

3.8.1基于等高线数据的三角优化构网 195

3.8.2等高线数据LOD模型的自动生成算法 202

3.8.3算法的数据结构 206

3.9其他自然现象模拟 207

3.9.1雪的模拟 208

3.9.2雨的模拟 211

3.10多投影机无缝拼接显示 214

3.10.1多投影机无缝拼接非线性几何校正 214

3.10.2多投影机无缝拼接边缘融合 221

3.10.3多投影机无缝拼接颜色一致性校正 224

3.10.4多投影机无缝拼接算法实现流程及测试结果 225

参考文献 226

第4章 模拟驾驶舱及驾驶台仪器设备 232

4.1模拟驾驶舱与驾驶台布局 233

4.2交互设备与上位机通信 237

4.2.1设备通信主机与PC机通信设计 238

4.2.2设备通信主机与交互设备通信设计 240

4.3显示仪表与交互设备 243

4.3.1顶部显示仪表 243

4.3.2三面舵角指示器 246

4.3.3罗经复示器 248

4.3.4车钟和舵轮 251

4.3.5航海模拟器中其他交互设备 253

4.4号灯、号型和甲板灯控制 258

4.4.1号灯、号型和甲板灯显示的设计准则 258

4.4.2号灯、号型的建模和显示 260

4.5电子海图 293

4.5.1电子海图中的坐标系及各坐标系间的转换 294

4.5.2电子海图的生成与显示 302

4.5.3水深数据的管理与计算 319

4.5.4基于电子海图船舶动态显示及系统控制功能的实现 330

4.6雷达/ARPA模拟的关键技术 331

4.6.1雷达模拟器图像显示与雷达扫描方式 332

4.6.2岸线及部分固定目标回波的生成算法 333

4.6.3不同量程、不同显示模式时的坐标变换 340

4.6.4目标船CPA、TCPA、真运动矢量、相对运动矢量计算 348

4.6.5量程变换时的雷达图像显示 351

4.7船舶自动操舵仪 352

4.7.1航迹保持系统原理 353

4.7.2航迹保持算法 354

4.7.3系统的实现及结果 357

4.8GMDSS通信控制台 360

4.8.1GMDSS的功能 361

4.8.2GMDSS的组成 362

4.8.3GMDSS通信仿真所涉及的主要技术 363

4.9基于GPS OEM板和GPS复示仪的GPS模拟器 368

4.9.1GPS模拟器系统构成 369

4.9.2GPS卫星位置求解 371

4.9.3选星和GPS船位计算 382

4.9.4显示单元 391

4.10UAIS模拟单元 392

4.10.1UAIS概况 392

4.10.2航海模拟器中UAIS仿真模块的设计 393

参考文献 414

第5章 网络通信技术 419

5.1信息流向 420

5.1.1教练员站至各本船的信息 421

5.1.2本船至教练员站的信息 424

5.1.3本船中各微机间的信息交换 426

5.2通信方案的选择 429

5.3基于Winsock的TCP/IP实现 431

5.4多通道视景系统视见参数的动态设置 434

5.4.1各通道视线方向的动态设置 434

5.4.2各通道视点位置的动态设置 435

5.5多通道视景系统各通道的同步 435

参考文献 436

附录 DNV关于航海模拟器的性能标准 438