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全回转起重船的实时运动仿真研究

作　者: 孙晋华
导　师: 张明霞
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 全回转起重船 可视化仿真 开放图形库 软件开发
分类号: U674.38
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 255次
引　用: 2次
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内容摘要


海洋资源的开发利用都必须以海洋工程设施为桥梁，起重船正是海洋工程设施建设所必不可少的工程船舶。起重船的作业过程是一个庞大复杂的系统工程，成本高，作业环境非常复杂，其安全可靠性是保证船舶装卸、海洋工程实施预定目的所面临的首要问题。本文针对这个问题，以Visual C++为开发环境，利用OpenGL三维图形库对全回转起重船的作业运动过程进行了实时动态的仿真。主要研究内容如下：研究了三维模型的建模技术，对使用OpenGL直接建模与使用3DS Max建模软件建模再转化为OpenGL程序的方法进行比较。根据起重船船体和起重机不同的运动姿态，运用3DS Max建模然后分别以3DS和ASE格式导入OpenGL中，实现了起重船三维几何建模，并对各种方法的建模特点进行比较。研究了OpenGL的环境光照，物体表面材质属性及纹理映射的方法，建立和渲染了整个全回转起重船作业的三维场景，使其三维环境贴近真实世界；研究了OpenGL各种矩阵算法和无耦合变换原理，实现了起重船实时仿真系统中起重船船体的横摇与纵摇运动及起重机吊臂的旋转运动。研究了视频录制与图片捕捉的方法，建立了起重船运动仿真过程的记录功能和回放功能，包括静止图像的捕捉和视频AVI的录制，使得操作者①在预配载时根据作业任务通过比较仿真过程的记录，选择最佳的配载方案；②可以重复观察、分析、评估整个起重船的作业过程，避免作业过程可能存在的潜在危险，为起重船的安全高效作业提供技术支持和保障。最后通过对实船的三维建模、两种典型载况的配载计算与仿真结果表明，该系统实现了预定的功能。仿真系统基本能动态显示整个起重船作业运动过程，有效反映出作业过程中各参数的变化规律，具有较高的工程实用意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 研究背景与意义  9-12
    1.1.1 起重船的需求与发展  9-11
    1.1.2 起重船的技术特点  11-12
  1.2 计算机仿真与可视化  12-16
    1.2.1 可视化仿真简介  12-13
    1.2.2 可视化仿真的发展历程  13-16
  1.3 起重船仿真研究动向和水平  16-18
    1.3.1 国外研究概况  16
    1.3.2 国内研究概况  16-18
  1.4 研究主要内容  18-19
2 全回转起重船的几何物理建模  19-41
  2.1 OpenGL(OPEN GRAPHICS LIB)技术  19-22
    2.1.1 OpenGL介绍  19-20
    2.1.2 OpenGL的工作流程  20-21
    2.1.3 OpenGL的主要功能  21-22
  2.2 使用OpenGL构建起重船模型  22-25
  2.3 全回转起重船的几何物理建模  25-40
    2.3.1 运用3DS Max建立起重船模型  27-29
    2.3.2 3DS模型导入方法  29-36
    2.3.3 ASE模型导入方法  36-40
  2.4 本章小结  40-41
3 仿真系统的数据处理模型  41-49
  3.1 浮态数学模型  41-43
    3.1.1 坐标系定义  41
    3.1.2 浮态计算模型  41-43
  3.2 初稳性  43-45
  3.3 大倾角稳性  45-48
  3.4 本章小结  48-49
4 全回转起重船的可视化  49-69
  4.1 动态场景效果的生成  49-54
    4.1.1 动态海洋环境的生成技术  49-51
    4.1.2 动态天空的生成  51-54
  4.2 起重船模型的控制  54-60
    4.2.1 全回转起重船坐标变换的算法处理  54-58
    4.2.2 无耦合变换原理  58-60
  4.3 环境光照  60-63
    4.3.1 创建光源  60-62
    4.3.2 定义材质属性  62-63
  4.4 三维动画的实现  63-65
    4.4.1 定时器触发模式  63-64
    4.4.2 缓存技术  64-65
  4.5 仿真过程的记录  65-68
    4.5.1 静止图像的捕捉  65-66
    4.5.2 录制视频AVI  66-68
  4.6 本章小结  68-69
5 全回转起重船仿真系统  69-88
  5.1 仿真系统的开发平台  69-70
  5.2 仿真系统开发  70-82
    5.2.1 用户界面  72-76
    5.2.2 程序的结构  76-82
  5.3 仿真实例  82-87
    5.3.1 仿真数据分析  83-86
    5.3.2 仿真图形结果  86-87
  5.4 小结  87-88
结论  88-89
参考文献  89-91
附录A 载况  91-93
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  93-94
致谢  94-95

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 工程船 > 海洋开发船
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