一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法、终端设备及介质组成比例

本发明专利技术涉及一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法、终端设备及介质，该方法中包括：计算船体投影至海面对应的矩形边界框；对矩形边界框进行网格化，其中网格线与矩形边界框的边平行；计算各网格点对应的高度值；计算所有网格点的高度值的平均值得到平均高度值，将平均高度值乘以网格面积得到水的膨胀度；基于水的膨胀度和输入的船舶运动相关参数，计算船体在波浪影响下的横摇、纵摇和垂荡三个自由度上的船舶运动；基于MMG建模原理，计算船体在纵荡、横荡和首摇三个自由度上的船舶运动；将船体在六个自由度上的运动叠加，得到船体的模拟运动。本发明专利技术使得航海模拟器中船舶在海上波浪环境中的运动视景更具真实感，达到海上航行实习的效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法、终端设备及介质


[0001]本专利技术涉及航海教学与培训
，尤其涉及一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法、终端设备及存储介质。

技术介绍

[0002]航海模拟器能在地面上实时模拟船舶在海上各种海况中的运动规律，使操船者有身临其境感觉，实现在虚拟场景中进行航海业务实际操作练习，达到实船训练效果。现代航海教育已经离不开航海模拟器。海洋环境会对船舶的横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇和首摇六个自由度的运动产生干扰,对船舶的正常作业造成影响,严重时甚至会导致船舶倾覆。但在传统模拟器中，船舶的运动模拟和视景波浪运动的匹配方法还有待研究，仅仅只能对波浪模型的简单设置参数，不能够实时动态变化，不足以满足现实模拟仿真的需要，且不能够选择船型来对波浪进行匹配，因此，不能够在仿真模拟器中体现船舶在波浪环境下的运动变化效果。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法、终端设备及存储介质，以增强航海模拟器的使用效果，真实的反映船舶在波浪环境下的航行状况。
[0004]具体方案如下：
[0005]一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将船体垂直投影至海面所在的坐标平面内，并计算船体投影对应的矩形边界框；
[0007]S2：对矩形边界框进行网格化，其中网格线与矩形边界框的边平行；
[0008]S3：计算各网格点对应的高度值；
[0009]S4：计算所有网格点的高度值的平均值得到平均高度值，将平均高度值乘以网格面积得到水的膨胀度；
[0010]S5：基于水的膨胀度和输入的船舶运动相关参数，计算船体在波浪影响下的横摇、纵摇和垂荡三个自由度上的船舶运动；
[0011]S6：基于MMG建模原理，计算船体在纵荡、横荡和首摇三个自由度上的船舶运动；
[0012]S7：将船体在六个自由度上的运动叠加，得到船体的模拟运动。
[0013]进一步的，相邻网格线之间的间隙设置为1米。
[0014]进一步的，高度值通过波浪模型计算获得，计算公式为：
[0015][0016]其中，h(x,z,t)表示时刻t对应的X轴坐标为x、Z轴坐标为z的坐标点的高度值，X轴和Z轴表示海面对应的坐标系平面中包含的两个坐标轴，ζ
k
表示第k波的振幅，λ
k
表示第k波
的波长，ω
k
表示第k波的速度，θ
k
表示世界坐标系中X轴与第k波的入射方向之间的夹角，x表示X轴的坐标，z表示Z轴的坐标，t表示时刻，k表示波的序号，K表示波的总次数。
[0017]进一步的，船舶运动相关参数包括海浪参数和船舶参数。
[0018]一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术实施例上述的方法的步骤。
[0019]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术实施例上述的方法的步骤。
[0020]本专利技术采用如上技术方案，使得航海模拟器中船舶在海上波浪环境中的运动视景更具真实感，达到海上航行实习的效果。本专利技术改变了航海类学员的训练模式，解决多数航海院校没有实习船用于学生海上航行实习的困难。
附图说明
[0021]图1所示为本专利技术实施例一的流程图。
[0022]图2所示为该实施例中坐标系的示意图。
[0023]图3所示为该实施例中船体投影网格化示意图。
具体实施方式
[0024]为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。
[0025]现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。
[0026]实施例一：
[0027]本专利技术实施例提供了一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法，为了使船舶在波浪中运动的视景更具真实感，本实施例中方法基于以下三点假设：
[0028](1)将船舶视为钢体，不考虑弹性形变。
[0029](2)海浪是由有限个不同振幅、周期和传播方向的正弦波组成的深水微幅波。
[0030](3)六个自由度可以单独计算并叠加。
[0031]基于上述假设，如图1所示，本实施例方法包括以下步骤：
[0032]S1：将船体垂直投影至海面所在的坐标平面内，并计算船体投影对应的矩形边界框。
[0033]S2：对矩形边界框进行网格化，其中网格线与矩形边界框的边平行。
[0034]S3：计算各网格点对应的高度值。
[0035]S4：计算所有网格点的高度值的平均值得到平均高度值，将平均高度值乘以单个网格的面积得到水的膨胀度。
[0036]S5：基于水的膨胀度和输入的船舶运动相关参数，计算船体在波浪影响下的横摇、纵摇和垂荡三个自由度上的船舶运动。
[0037]S6：基于MMG建模原理，计算船体在纵荡、横荡和首摇三个自由度上的船舶运动。
[0038]S7：将船体在六个自由度上的运动叠加，得到船体的模拟运动。
[0039]本实施例中定义了两个坐标系，如图2所示。第一个为世界坐标系，该坐标系的原点O固定在海面上的某个位置,海面由X轴和Z轴组成，Y轴垂直于海面；第二个为船舶局部坐标系，该坐标系附着在船上随船移动，原点G位于船的几何中心，X
S
轴指向船的前进方向，Z
S
轴指向船的右舷(右手侧)，Y
S
轴垂直向上。
[0040]船体运动的六个自由度包括横摇、纵摇、垂荡、纵荡、横荡和首摇，其中，横摇、纵摇和垂荡是围绕X
S
、Y
S
和Z
S
轴旋转的，是由海浪引起的振动。为了在视景中达到船舶的运动与波面运动的协调一致，本实施例采用了船体网格化的方法。通过步骤S1
‑
S2生成了如图3所以的船体在海面(X
–
Z平面)上的网格投影。该实施例中设置相邻网格线之间的间隙设置为1米，为了提高仿真速度，减少计算量，同时又不失仿真精度，关于网格的划分应根据配置的计算机性能通过仿真测试结果而定，通常根据船长进行动态划分，而不采用固定长度的网格，这样的划分方法可以适用不同长度的船舶仿真。
[0041]在评估网格点(两条网格线的相交点)处的高度值时，本实施例中假设没有显示船舶，通过波浪模型来计算高度值。波浪模型的计算公式如下：
[0042][0043]其中，h(x,z,t)表示时刻t对应的X轴坐标为x、Z轴坐标为z的坐标点的高度值，X轴和Z轴表示海面对应的坐标系平面中包含的两个坐标轴，ζ
k
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将船体垂直投影至海面所在的坐标平面内，并计算船体投影对应的矩形边界框；S2：对矩形边界框进行网格化，其中网格线与矩形边界框的边平行；S3：计算各网格点对应的高度值；S4：计算所有网格点的高度值的平均值得到平均高度值，将平均高度值乘以网格面积得到水的膨胀度；S5：基于水的膨胀度和输入的船舶运动相关参数，计算船体在波浪影响下的横摇、纵摇和垂荡三个自由度上的船舶运动；S6：基于MMG建模原理，计算船体在纵荡、横荡和首摇三个自由度上的船舶运动；S7：将船体在六个自由度上的运动叠加，得到船体的模拟运动。2.根据权利要求1所述的船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法，其特征在于：相邻网格线之间的间隙设置为1米。3.根据权利要求1所述的船舶摇荡与视景波浪运动匹配方法，其特征在于：高度值通过波浪模型计算获得，计算公式为：其中，h(x,z,t)表示时刻t对应的X轴坐标为x、Z轴坐标为z的坐标点...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨神化，孙洪波，索永峰，陈国权，王浦，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：