CN110134247A - 一种基于vr的船舶运动姿态增强现实互动***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块，语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述被仿真对象包括船体和控制***；所述仿真平台内设有船舶运动数字仿真***。本***结构完善，运转流畅，数据采集与反馈准确。本发明具有方便操作,良好的利用增强现实技术实现船舶运动姿态与控制***的虚拟现实仿真，通过增强互动技术使其仿真***达到身临其境的沉浸式效果，此项技术具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种船舶虚拟仿真装置***及方法，特别涉及到一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法。
背景技术
增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实提供了在一般情况下，不同于人类可以感知的信息。
目前，在船舶船舶运动控制虚拟仿真中,多数科研过程中采用图文描述,进行抽象性的数据理解方式,使科研人员在科学研究过程对数据没有良好的直观感，而增强现实装置在船舶的运动仿真科学研究当中并无良好的应用，不能满足市场需求。基于VR的船舶运动姿态,虚拟现实仿真增强互动技术可实现身临其境的场景演示和相关技术的人烟培训。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有方便操作,良好的利用增强现实技术实现船舶运动姿态及控制***的虚拟现实仿真并应用到科学研究当中,增加科学研究过程中的直观感,便于理解和架构数据等优点的一种基于VR的船舶运动姿态互动***。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块。语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述仿真对象包括船体和控制***。
所述主控服务器连接上位机，所述上位机通过主控服务器连接用户交互装置，用户交互装置内设有海洋建模***，船舶建模***，控制仿真***，实物联动***，运动姿态***，立体显示***，波形显示***。
所述实物联动***连接下位机，立体显示***连接观看设备。
本发明的工作原理：本发明通过将船舶运动姿态及控制***的数据以及通过增强现实装置采集的数据发送给仿真平台，仿真平台根据数据做出反馈，将反馈数据通过主控服务器发送给增强现实装置和船舶运动模组。
本发明中，体验者在佩戴增强现实装置VR后，可通过视觉识别模块进行识别目标物（船舶运动模组）内的信息，然后通过语音指令输入或手势指令输入后，可使体验者能够良好观察到船舶运动姿态及相关数据，并可实时调整数据，同时得到良好的数据反馈。
本发明的有益效果：本***结构完善，运转流畅，数据采集与反馈准确。本发明具有方便操作,良好的利用增强现实技术实现船舶运动姿态与控制***的虚拟现实仿真，通过增强互动技术使其仿真***达到身临其境的沉浸式效果，此项技术具有广阔应用前景。
附图说明
图1为本发明的***架构连接示意图。
图2为本发明的上位机***结构图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
实施例1
一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块。语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述仿真对象包括船体和控制***。
所述主控服务器连接上位机，所述上位机通过主控服务器连接用户交互装置，用户交互装置内设有海洋建模***，船舶建模***，控制仿真***，实物联动***，运动姿态***，立体显示***，波形显示***。
所述实物联动***连接下位机，立体显示***连接观看设备。
实施例2
本发明的工作原理：本发明通过将船舶运动姿态及控制***的数据以及通过增强现实装置采集的数据发送给仿真平台，仿真平台根据数据做出反馈，将反馈数据通过主控服务器发送给增强现实装置和船舶运动模组。
本发明中，体验者在佩戴增强现实装置VR后，可通过视觉识别模块进行识别目标物（船舶运动模组）内的信息，然后通过语音指令输入或手势指令输入后，可使体验者能够良好观察到船舶运动姿态及相关数据，并可实时调整数据，同时得到良好的数据反馈。
实施例3
本发明中，在船舶运动模拟模块分别安装有角传感器、压力传感器、陀螺仪等反馈装置，产生的反馈信号统一传输进信号采集单元中，经过信号采集单元的编码生成总线信号反馈到数字仿真平台中，对仿真***中的模型参数进行修正，保证***仿真的准确性和稳定性。
实施例4
本发明中，船舶运动数字仿真在仿真平台内进行仿真平台对海浪及船体运动姿态进行实时仿真，仿真结果与实际船体及运动状态保持一致。
本发明中，船舶运动仿真平台是通过将船舶在运行过程中的数据进行采集，并通过仿真船舶运行时的状态，使船舶在不同环境下的运行数据可实时观测，并将数据真实反馈，实现船舶运动姿态与控制***的虚拟现实仿真。
实施例5
本发明建立虚拟海洋环境并且在其中能够进行试验操作与环境交互。增强现实***使科研人员可通过手机查看文献资料，使枯燥乏味的文字变成立体生动的3D模型，也可以通过增强现实装置VR观察实体船模，从而直观的了解船舶运动姿态和控制***状态的实时参数。
本发明增强了实验互动性，实现了仿真场景的沉浸性和科学研究方式的交互性。
实施例6
本发明中，船舶运动模拟模组通过船舶多自由度运动物理仿真平台以及船体模型和舵、鳍、桨控制***进行了虚拟现实仿真增强互动技术的驱动。
实施例7
如图2所示，上位机完成对船舶运动建模并且对船舶在各种海况下船舶航行与姿态进行数字仿真，视景仿真界面利用C++进行搭建，在界面中可以修改仿真船体参数，更改工作模式等功能，视景仿真由三维建模软件与图形渲染软件共同开发完成，并调用Matlab进行控制参数调节与被控模型选择，同时根据模型仿真结果控制船舶运动姿态。满足多种海浪情况下的仿真；可修改船舶航速并在不同海况下进行仿真；实现舵控制***和鳍控制***多通道显示；输出左右眼3D图像呈现立体视觉交互。
实施例8
船舶运动姿态控制***虚拟仿真***利用上位机完成对船舶运动建模并且对船舶在各种海况下船舶航行与姿态进行仿真控制并加以呈现。由于需要与下位机进行通信，为提高后续可维护性和兼容性，程序设计语言采用C++编写，完成整体框架和控制通信指令部分。为提供高保真度的立体视景仿真界面，选择UE 4引擎作为该***的图形框架，构建虚拟的实验环境，在上位机界面中可以修改仿真船体参数，更改工作模式，对不同海况、浪向下的海面进行仿真。
该***的上位机部分使用基于C++的UE 4框架，配合3ds Max、Maya、AdobeIllustrator、Photoshop等软件开发完成，并调用Matlab进行控制参数调节，以此模拟控制船舶航行姿态。
虚拟现实采用HTC Vive头戴式设备，实验环境搭建在一个海边的船舶姿态控制虚拟船舶虚拟仿真实验室中，在这个虚拟场景中可以查看该相关的技术资料介绍、发展、原理等内容。使用者可以通过操控手柄选择不同风浪谱，对海浪的各个参数进行控制，直观近距离的观察其对船舶运动姿态的相关影响。在实验过程中，可以实时直观地从不同角度对舵、鳍、螺旋桨等船舶控制***的运动状态进行观察。
VR虚拟现实***使用HTC Vive头戴式设备作为硬件平台，将其于高性能计算机相连接。从而在计算机上生成可交互的三维环境，通过VR头盔完成交互体验。在船舶运动姿态虚拟现实仿真中，使用Unreal Engine 4框架中的Sequences技术处理动画，基于Blueprints蓝图与C++的混合编程实现虚拟现实内的用户交互、环境自动化、人工智能等效果。场景内材质使用基于物理的真实材质，结合SSR、环境光吸收、动态阴影、屏幕空间折射、网格细分置换等图形技术，打造出更为沉浸式的视觉体验。
实施例9
实验环境搭建在一个海边的船舶运动姿态虚拟仿真实验室中，在这个虚拟场景中可以查看相关的技术资料介绍、发展、原理等内容。使用者可以通过操控手柄选择不同风浪谱，对海浪的各个参数进行控制，直观近距离的观察其对船舶运动姿态的相关影响。
Claims (4)
1.一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，其特征在于：所述现实增强装置通过通讯装置连接数字仿真平台和被仿真对象；所述现实增强装置内设有视觉识别模块，语音指令输入模块，手势指令识别模块；所述通讯装置内设有有线通讯模块和无线通讯模块；所述被仿真对象包括船体和控制***；所述仿真平台内设有船舶运动数字仿真***。
2.根据权利要求1所述的一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，其特征在于：所述控制面均有信号采集单元，信号采集单元连接主控服务器。
3.根据权利要求2所述的一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，其特征在于：所述主控服务器连接上位机，所述上位机通过主控服务器连接用户交互装置，用户交互装置内设有海洋建模***，船舶建模***，控制***，实物联动***，运动姿态***，立体显示***，波形显示***。
4.根据权利要求3所述的一种基于VR的船舶运动姿态增强现实互动***及方法，其特征在于：所述实物联动***连接下位机，立体显示***连接观看设备。
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