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基于OSG的海洋平台仿真的设计与实现

作　者: 张丹丹
导　师: 唐达
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 流花平台单点系泊虚拟现实仿真 OpenSceneGraph
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 64次
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内容摘要

现在人们越来越关注深海石油资源的开采,各种浮式平台在开采海洋石油资源中扮演着重要的角色,是海上生产作业的基础设施。由于海洋开采投资巨大,海洋环境复杂多变,加上工作人员对深水领域探测还缺乏经验,势必会承受一定的安全风险。因此,需要同步发展一种虚拟的仿真监测系统,来对场景进行实时监测,为平台的安全提供保障。本文针对我国南海现有的浮式生产平台和海洋环境特点,设计并开发了海洋平台仿真系统。本文所研究的海洋平台主要包括流花平台和单点系泊。首先,对系统的需求进行分析,建立平台中所需的三维模型,然后利用物理引擎和动力学模型解算系统来模拟物体的运动,最后实现在OpenSceneGraph(OSG)中的渲染过程,并分析实验结果,给出评价。在仿真过程中,仿真的准确度是极其重要的。其中对于流花平台,锚泊系统是其重要组成部分,由于锚泊系统模拟的数据量巨大,用传统的方法模拟锚链的实时运动有很大的难度。本文在利用物理引擎的基础上,提出了Increase the Catenary’s Length(ICL)算法,从而实现了大规模场景的实时高精度力学仿真。ICL算法在模拟过程中,减少了物理引擎的计算量,提高了执行效率。实验证明,该方法是有效和准确的,可用于实时的悬链线仿真。另外,针对单点系泊系统,主要是动力学模型解算系统来模拟物体的运动,从而使得模拟的准确度提高。本文通过对海洋平台的虚拟仿真研究,建立了一个较为完整的应用系统,该系统可以再现海洋平台的工作状态,从而辅助工作人员在危险的海洋环境中进行设计研究,从而直观,经济,安全的完成任务。更为重要的是,将虚拟技术应用到海洋仿真中,为我们的海洋事业提供了一个经济,科学,高效的研究方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 研究目的及意义  10-11
  1.3 本文工作和创新  11-12
  1.4 论文的组织结构  12-13
2 海洋虚拟仿真系统的总体设计  13-21
  2.1 系统需求分析  13
  2.2 系统功能结构  13-14
  2.3 系统开发工具  14-21
    2.3.1 三维建模工具  14-18
    2.3.2 三维渲染引擎工具  18-19
    2.3.3 物理引擎工具  19-21
3 海洋平台的三维建模技术  21-28
  3.1 三维模型的需求分析  21-24
  3.2 三维建模技术  24-28
    3.2.1 模型优化技术  24-25
    3.2.2 DOF技术  25-28
4 海洋平台仿真分析  28-38
  4.1 流花平台仿真系统关键技术  28-34
    4.1.1 流花平台仿真研究现状  28-29
    4.1.2 建立悬链线模型  29
    4.1.3 深海悬链线的运动模拟  29-30
    4.1.4 ICL算法(Increase the Catenary's Length)  30-32
    4.1.5 浮体模拟和海底接触作用模拟  32-33
    4.1.6 PhysX物理引擎和OSG图像引擎的结合  33-34
  4.2 单点系泊仿真系统关键技术  34-38
    4.2.1 单点系泊研究现状  34-35
    4.2.2 单点系泊运动模型分析  35-38
5 系统仿真设计与实现  38-51
  5.1 系统硬件和软件要求  38-39
    5.1.1 系统硬件配置  38
    5.1.2 软件开发平台  38-39
  5.2 基于MFC/OSG的可视化仿真设计  39-40
    5.2.1 海洋平台系统框架设计  39-40
    5.2.2 基于OSG海洋平台仿真程序总体设计  40
    5.2.3 仿真程序总体流程图  40
  5.3 海洋仿真系统的关键代码实现  40-44
    5.3.1 视角切换  40-42
    5.3.2 模型导入  42
    5.3.3 DOF节点的驱动  42-43
    5.3.4 读取数据文件  43-44
  5.4 海洋仿真系统的实验结果及性能分析  44-51
    5.4.1 流花平台仿真  44-47
    5.4.2 单点系泊仿真结果  47-51
结论  51-52
参考文献  52-54
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  54-55
致谢  55-56

基于OSG的海洋平台仿真的设计与实现

内容摘要

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