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三维动画技术舰船航行环境仿真探讨

时间:2020-12-11 10:26:31 所属分类:计算机应用 浏览量:

目前舰船航行环境仿真平台是对实际场景进行虚拟仿真,以立体化效果呈现虚拟环境,但由于使用的技术还不够完善,仿真平台只具备了对环境的初步建模和优化,无法在建模完成后,进行二次调整,因此研究使用三维动画技术后,舰船航行环境仿真平台的应用方法与应

  目前舰船航行环境仿真平台是对实际场景进行虚拟仿真,以立体化效果呈现虚拟环境,但由于使用的技术还不够完善,仿真平台只具备了对环境的初步建模和优化,无法在建模完成后,进行二次调整,因此研究使用三维动画技术后,舰船航行环境仿真平台的应用方法与应用效果。三维动画技术不受时间、空间、位置、对象以及其他条件的限制,可以更加真实、生动、逼真地表现物体形态和所处环境,实现仿真平台对舰船航行环境视觉效果的优化[1]。

三维动画技术舰船航行环境仿真探讨

  1三维动画技术舰船航行环境仿真平台应用

  1.1三维动画技术构建舰船航行环境三维模型

  应用三维动画技术的舰船航行环境仿真平台,构建舰船航行环境三维模型。该技术根据获取得到的海洋环境基本信息,利用点、线、面等数学参数,通过3DSMax、AutoCAD软件,采用多边形建模技术,将数学参数组成线段和平面,自动生成多边形网格,生成海洋环境中,独立个体的几何图形,以此描述航行环境的几何轮廓和造型,设计舰船航行环境的几何模型。图1(a)是三维动画技术,构建的海底海岭几何模型示意图。根据图1(a)所示,舰船航行环境仿真平台利用三维动画技术,可以根据海洋实际环境参数,调整海岭几何结构,将数据细化到实际环境中。在建立物体的几何模型后,仿真平台利用三维动画技术,建立图像模型,如图1(b)所示。图1(b)是在海洋的某一环境中,全景云台通过设置多个观察位置,对该海域进行720°全景扫描,得到若干幅舰船航行环境扫描图,然后三维动画技术根据图像的三维空间信息,勾勒这些图像中物体的外轮廓线,形成一个外部轮廓线模型,然后运用3D建模工具,设置边界线造型命令,合并图像,在保证不失真的前提下,实现三维动画技术,对舰船航行环境三维图像模型的建立。再利用三维动画技术的贴图功能,将所有几何模型嵌入到图像模型中,按照相应的贴图方法,使模型的外形轮廓完全贴合,并在模型表层,覆盖相应的色彩及纹理反映真实的舰船航行环境细节,实现三维动画技术,对舰船航行环境三维模型的完整构建[2]。

  1.2优化三维场景

  由于海洋航行环境是复杂的,仿真舰船航行环境后,得到的模型还不够精准,因此仿真平台利用三维动画技术对航行环境进行动态演示,并优化三维场景。舰船航行环境三维模型在3DSMax中合并建立后,利用仿真平台的VRP导出插件,将场景模型格式,转换成可以被仿真平台识别的VRP格式。然后创建一个天空环境,并设置类型和色差,将其加入到三维航行场景中。模拟实际海洋效果,建立完整的仿真环境后,点击演示按钮,模拟舰船航行的三维场景,如图2所示[3]。图2模型驱动效果界面Fig.2Modeldriveneffectinterface驱动模型后,要看该模型是否可以利用最少的面数,实现同等级的环境仿真,当模型建立面过多时,去除冗余的几何面,降低模型的复杂性,使渲染效果接近真实环境。当演示过程中,发现存在重叠的面和看不见的面时,将这些面删除,提高仿真平台对场景的渲染速度。

  1.3仿真海洋球面模型

  根据海洋经纬度、深度数据,创建球壳体包围盒,按照经纬度和深度间隔,将该盒子划分成无数个小立方体,根据间隔线性插值获得每一个小立方体的坐标,再利用转换公式,将大地坐标转换为球面坐标,即将经纬深坐标变为直角坐标。在仿真平台的渲染程序中,开启一个RenderTarget,绘制球壳体包围盒,并将结果保存在画布纹理中,利用不同的色彩,表达不同的投射光线终点。再计算投射光线与球壳体外交点,如图3所示。根据上述结果,就能确定2个投射光线节点的坐标,实现对海洋水波的仿真。按照水波方向,将所有独立的场景导入仿真平台的球壳体包围盒中,建立完整的海洋球面模型,如图4所示[4]。选定仿真环境中的某一海洋环境,即可得到如图4所示的仿真模型。至此仿真平台通过使用三维动画技术,实现对舰船航行环境的仿真建模。

  2实验测试

  将应用仿真平台之前的环境模型,作为对照组,将应用仿真平台之后的环境模型,作为实验组,测试舰船航行环境仿真平台,在三维动画技术支持下,对于舰船航行环境的仿真效果。图5和图6是2个测试模型中,海洋水波的绘制效果。根据图中的水波曲线可知,不管应用的舰船航行环境仿真平台,是否使用了三维动画技术,在初级放大条件下,仿真平台绘制的水波场景,均有较高程度的视觉效果。但使用独立的海洋仿真环境时,需要精确到每一个点,因此调高放大倍数,得到的结果,如图6所示。根据图6测试结果可知,三维动画技术应用下,调高放大倍数后仿真平台的水波,同样保持了较高的清晰度,而对照组水波模糊不清,有些区域还出现了条纹断开的现象。评价仿真平台应用前后,舰船航行环境模型应用效果的基本参数(具体见表1与表2)。根据表1和表2统计结果可知,未应用具有三维动画技术的仿真平台时,构建的舰船航行环境视觉效果较差,无法满足仿真要求,可见具有三维动画技术的仿真平台,其仿真的航行环境视觉效果更好,更加符合设计要求。

  3结语

  三维技术应用下,仿真平台具有“能动性”特征,通过优化舰船航行环境三维场景,增强对完整仿真场景的制作,改善了模型的视觉效果。但随着计算机技术的不断创新,对仿真平台的优化还会不断升级,今后的研究,可以对平台导入软件的选择和使用,进行及时更新。

  《三维动画技术舰船航行环境仿真探讨》来源:《舰船科学技术》,作者:程欣

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