一种用于航海模拟器视景系统的助航灯光实时仿真方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于航海模拟器视景系统的助航灯光实时仿真方法，包括如下步骤：１）确定视景系统的显示参数，并计算单位体积助航灯光的可见距离；２）根据单位体积的助航灯光可见距离构造灯塔、灯浮和灯桩的发光体；３）按照海图标注的助航灯光闪烁规则对灯塔、灯浮和灯桩发光体的闪烁时间及间隔进行控制；４）按照国际海上避碰规则对船舶航行灯的可见范围进行计算与显示，实现航海模拟器视景系统助航灯光的实时仿真。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术用于在航海模拟器的视景系统中，对各种助航灯光进行仿真，使其符合国际ＳＴＣＷ７８／９５公约等国际海上避碰规则对航海模拟器的视景部分的相应要求，增强航海模拟器仿真的物理真实感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟现实与航海技术应用领域，具体涉及一种用丁航海模拟器视景系统 的助航灯光实时仿真方法。
技术介绍
随着虚拟现实技术的快速发展与广泛应用，虚拟现实与航海技术也紧密结合在一起， 如以航海模拟器视景系统形式表现出来的虚拟环境仿真，就具备这种虚拟现实结合航海 技术的典型特点。国际海事组织(IMO)海员培训、发证和值班标准国际公约(STCW78/95公约)对 航海模拟器的视景部分有相应的要求，其中第B — I/12第37段中要求"夜间从驾驶台看 到真实视景"，就是要求灯光能显示，并且这种灯光的显/下要真实，与实际的灯光信息 致。英国航运安全委员会(MSA)依据STCW78/95公约对航海模拟器的认证细则中视景 部分的19款要求"航行灯、航行标志和岸上特征应根据海图信息显示正确的颜色和特 征"。国际著名船级社挪威船级社(DNV)指出航海模拟器的夜景灯光显示要与国际海上 避碰规则要求的一致。《1972年国际海上避碰规则》第三章中对号灯的定义、号灯的显 示时间、可见距离，不同类型不同大小船舶在进行不同性质的作业时所显示的号灯均有 详细的规定。随着计算机技术和图形学的发展，航海模拟器的视景系统已能较为真实地模拟船舶 的虚拟航行环境。但是，对助航标志灯光的仿真还不够真实，不能精确控制助航标志灯 光的各种状况。要想使助航标志灯光能够按照海图上标注的信息正确发光，需要解决以 下二个问题助航标志灯光如灯塔、灯浮和灯桩可见距离的保障方法，助航标志灯光闪烁 规律的控制方法，以及航行灯可见范围的计算与显示方法。进一歩考察可以发现，当灯塔 或灯浮距离本船较近时，助航标志灯光都能够按照海图上标注的信息正确发光，船舶驾 驶员和引水员可以利用灯光信息来导航或能看清它船的航行灯而进行正确的操纵和避 碰。然而，随着距离的增加当这些助航标志的发光部件在计算机屏幕上的投影小于一个 象素时，灯光就不再在屏幕上显示出来了。而事实上这些灯光还在可见距离内，所以还 需要研究助航标志如灯塔、灯浮和灯桩的可见距离保障方法，来保证这些灯光能在其可见 距离内得以正确显示。此外，由于助航标志灯光是按照海图上标注的信息进行颜色和闪 烁时间控制的，所以还需要提供助航标志灯光闪烁规律的控制方法。航行中的船舶是通 过观察它船的航行灯来判断本船与它船的相对位置的，故需要提供航行灯可见范围的计算与显示方法。因此必须提供一种用于航海模拟器视景系统中的助航标志灯光仿真方法，使 助航标志灯光能够按照海图上标注的信息正确发光，以满足相关公约和标准的要求。国内外一些研究机构和公司一直在研究助航灯光的仿真方法。在国内，上^T海事大 学的卫家骏提出了利用中版《航标表》和海图求灯标的最大可见距离的方法;孙埏对 航海学中有关灯塔最大可见距离进行了探讨P];金一丞和尹勇对航海模拟器视景中夜景 和雾景进行了研究[3，提出了在800X600分辨率下的助航灯光可见距离计算方法以及航 行灯可见范闱的计算与显示方法。在国外的相关文献中，目前还没有找到相关的研究成 果。对上述文献所涉及的研究成果作认真分析后可发现，当前的航海模拟器中助航灯光 的仿真方法尚存在如下缺陷1、 没有形成一套完整的航海模拟器中助航灯光的实时仿真方法，不同的研究人员仅 对其中某个具体的问题进行了研究；2、 目前视景显示几乎无一例外地采用光栅扫描设备，要想在屏幕上显示一个物体， 必须保证让经过一系列变换以后该物体的图形能覆盖屏幕上至少--个象素。采用固定大 小灯光几何模型绘制灯光，当上述条件不满足，而灯光与本船的距离尚在可见距离内时， 助航标志灯光将无法显示；3、 文献描述的灯标可见距离计算方法主要是针对实际海上灯标而言，并非航海 模拟器视景系统中的虚拟灯标，文献提出的助航灯光可见距离计算方法可供借鉴，但 尚需作部分修改；4、 没有提出助航标志灯光闪烁规律的控制方法，不能精确地控制助航标志灯光的闪 烁，有可能导致视景系统里的助航标志灯光与海图标注信息的不 -致；5、 文献描述的航行灯可见范围的显示方法中，光弧范围的控制采用在灯光的周 围加灯罩的方法得以实现，由于灯罩的位置固定，当本船与目标船的航向偏离较大时，可 能造成目标船航行灯只显示一个细条。参考文献金一丞，尹勇等.航海模拟器视景中夜景和雾景研究.大连海事大学学报，1998， 24(2)， 26-31.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于航海模拟器视景系统的助航标志灯光实时仿真方法，用 以解决助航标志灯光可见距离保障、灯光闪烁规律的精确控制以及航行灯可见范围的计算 与显示问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下理论推导出单位体积助航灯光在视景系统中的可见距离，在显示分辨率为1024 X 768， 水平视场角为40° ，垂直视场角为30°时，约为1406米，超过此距离的助航六丁光显示 需采用可见距离保障方法，即灯的几何模型大小需根据其可见距离按比例放大，1￡巨离每 增加1406米灯的几何模型就放大一倍；对整幅海图区域内的助航灯光进行统计分类，对每一类别助航灯的闪烁规律及颜色进行 配置，建立助航灯的几何模型并设置颜色，通过绘制与不绘制控制其亮和灭的闪烁烦!f聿；确定航行灯(包括桅灯、舷灯和尾灯)的水平光弧范围，对所有船型的各种航CP'J:了可见范围等参数按一定规则设置到配置文件，不事先建立航行灯的几何模型，通过计算本li]与它 船的距离以及航向的夹角，判断当前哪些航行灯可见，并根据其颜色、大小和可见范围实时 绘制自发光点。本专利技术的有益效果在于可解决助航标志灯光可见距离保障、灯光闪烁规律的精确控 制以及航行灯可见范围的计算与显示问题，所采用的方法简捷，结果可靠，实时性々子；可实 现视景系统中助航标志灯光的仿真与海图上标注的信息相一致，并满足相关公约和t小^隹的要 求。 ， 附图说明图1是本专利技术助航灯光实时仿真方法的流程图。 图2是本专利技术视景系统定义的视见体示意图。 图3是本专利技术中桅灯、舷灯和尾灯的水平光弧范围。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明本专利技术公开了一种用于航海模拟器视景系统的助航标志灯光实时仿真方法，图1为该方法的流程示意图，包括以下歩骤步骤IOI，确定视景系统的显示参数，并计算单位体积助航标志灯光的可见g巨离；根据要求确定视景系统的显示分辨率为1024X768，设定水平视场角为40° ，垂直 视场角为3(T ; X方向(水平方向)每一个象素的宽度为2/1024=1/512，通过参数丄(左 裁剪面)、r (右裁剪面)、t (上裁剪面)、b (下裁剪面)、n (近裁剪面)和f 〔远裁剪 面)定义视见体，如图2所示，其中1， r指定前裁剪面的左、右坐标；b、 t指定前裁 剪面的下；上坐标；n、 f指定前裁剪面和后裁剪面距离视点的深度坐标。由于水平视场 角和垂直视场角已确定，结合航海实践选取r=7.2794， 1=-7. 2794， t=5. 45955 , b二-5. 45955， nr:-20, f二38040。以下推导了单位体积大小的助航标志灯光在屏幕上投影为一个象素的可见距离。这里单位体积取边长为1米的正方体助航标志灯，根据已建立的视见体计算透视投l^:变换 矩阵，得到<formula>formula see o本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航海模拟器视景系统的助航灯光实时仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：　１）确定视景系统的显示参数，并计算单位体积助航灯光的可见距离；　２）根据单位体积的助航灯光可见距离构造灯塔、灯浮和灯桩的发光体；　３）按照 海图标注的助航灯光闪烁规则对灯塔、灯浮和灯桩发光体的闪烁时间及间隔进行控制；　４）按照国际海上避碰规则对船舶航行灯的可见范围进行计算与显示，实现航海模拟器视景系统助航灯光的实时仿真。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，金一丞，尹勇，任鸿翔，张秀凤，任俊生，刘秀文，谷伟，孙霄峰，李志华，张百安，马烈，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]