航海模拟器

前言

第0章 绪论

0．1 《STCW公约》对航海模拟器的相关规定

0．1．1 模拟器的使用

0．1．2 应用模拟器进行培训和适任评估的范围

0．1．3 模拟器的性能标准

0．1．4 模拟器的种类

0．1．5 模拟器的分级

0．2 航海模拟器的发展展望

0．2．1 模拟器的用途和发展趋势

0．2．2 物理真实感

0．2．3 行为真实感

0．2．4 环境真实感

0．2．5 多本船系统

0．3 本书的主要内容

参考文献

第1章 系统基本结构

1．1 教练员站

1．1．1 教练员站配置

1．1．2 教练员站功能

1．2 主本船

1．2．1 驾驶台设备(仪表)的配置

1．2．2 视景系统

1．2．3 船舶运动数学模型

1．3 副本船

参考文献

第2章 船舶运动数学模型

2．1 船舶六自由度运动数学模型

2．1．1 两种坐标系

2．1．2 船舶四自由度运动方程式

2．1．3 船舶纵摇与升沉耦合运动数学模型

2．2 船体水动力的计算模型

2．2．1 船体上惯性水动力导数的计算模型

2．2．2 小漂角运动时黏性水动力的计算模型

2．2．3 大漂角运动时黏性水动力的计算模型

2．2．4 横摇运动黏性水动力的计算模型

2．3 主操纵力的计算模型

2．3．1 定距桨推力及转矩计算模型

2．3．2 定距桨沉深横向力和力矩计算模型

2．3．3 主机特性计算模型

2．3．4 舵力特性计算模型

2．3．5 舵机特性计算模型

2．3．6 变距桨推力及转矩计算模型

2．3．7 平推桨推力计算模型

2．3．8 喷水推进器计算模型

2．4 附属操纵力的计算模型

2．4．1 锚链力计算模型

2．4．2 缆绳张力计算模型

2．4．3 拖船动力计算模型

2．4．4 艏侧推作用力计算模型

2．5 环境干扰力的计算模型

2．5．1 风的干扰力计算模型

2．5．2 一阶波浪力计算模型

2．5．3 二阶波浪力计算模型

2．5．4 流的动力计算模型

2．5．5 浅水效应计算模型

2．5．6 岸壁效应计算模型

2．5．7 船间效应计算模型

2．5．8 船舶碰码头作用力计算模型

2．6 船舶运动数学模型解算流程

2．6．1 船舶运动数学模型的数值求解算法

2．6．2 航海模拟器中船舶运动数学模型的解算流程

参考文献

第3章 视景系统

3．1 视景生成的图形学基础

3．1．1 场景的表示及场景坐标系

3．1．2 坐标变换

3．1．3 视变换

3．1．4 背面剔除

3．1．5 三维视见体裁剪

3．1．6 光栅化

3．1．7 消隐

3．1．8 明暗

3．1．9 纹理映射

3．1．10 动画

3．2 视景系统的性能指标和硬件平台

3．2．1 性能指标

3．2．2 视景系统的硬件平台

3．3 GPU技术

3．3．1 GPU的发展历程

3．3．2 GPU的主要技术

3．3．3 CPU编程语言

3．3．4 GPU展望

3．4 视景建模

3．4．1 建模工具

3．4．2 建模素材的搜集

3．4．3 建模基本步骤

3．4．4 航海模拟器典型物体的建模

3．4．5 高效视景数据库结构

3．5 视景驱动程序

3．5．1 视景驱动程序

3．5．2 OpenGVS视景驱动

3．5．3 OSG视景驱动

3．6 海浪绘制算法

3．6．1 波浪谱理论

3．6．2 海浪绘制算法的研究现状

3．6．3 海平面网格模型的建立

3．6．4 高度图的生成

3．6．5 海面光照及特殊效果

3．6．6 算法流程与结果分析

3．7 船舶航迹流和兴波的实时模拟

3．7．1 基于粒子系统和图像综合的船舶航迹流模拟

3．7．2 基于粒子系统和图像综合的船舶兴波实时模拟

3．7．3 算法效率的考虑及实现

3．8 真实港口的地貌生成

3．8．1 基于等高线数据的三角优化构网

3．8．2 等高线数据LOD模型的自动生成算法

3．8．3 算法的数据结构

3．9 其他自然现象模拟

3．9．1 雪的模拟

3．9．2 雨的模拟

3．10 多投影机无缝拼接显示

3．10．1 多投影机无缝拼接非线性几何校正

3．10．2 多投影机无缝拼接边缘融合

3．10．3 多投影机无缝拼接颜色一致性校正

3．10．4 多投影机无缝拼接算法实现流程及测试结果

参考文献

第4章 模拟驾驶舱及驾驶台仪器设备

4．1 模拟驾驶舱与驾驶台布局

4．2 交互设备与上位机通信

4．2．1 设备通信主机与PC机通信设计

4．2．2 设备通信主机与交互设备通信设计

4．3 显示仪表与交互设备

4．3．1 顶部显示仪表

4．3．2 三面舵角指示器

4．3．3 罗经复示器

4．3．4 车钟和舵轮

4．3．5 航海模拟器中其他交互设备

4．4 号灯、号型和甲板灯控制

4．4．1 号灯、号型和甲板灯显示的设计准则

4．4．2 号灯、号型的建模和显示

4．5 电子海图

4．5．1 电子海图中的坐标系及各坐标系间的转换

4．5．2 电子海图的生成与显示

4．5．3 水深数据的管理与计算

4．5．4 基于电子海图船舶动态显示及系统控制功能的实现

4．6 雷达／ARPA模拟的关键技术

4．6．1 雷达模拟器图像显示与雷达扫描方式

4．6．2 岸线及部分固定目标回波的生成算法

4．6．3 不同量程、不同显示模式时的坐标变换

4．6．4 目标船CPA、TCPA、真运动矢量、相对运动矢量计算

4．6．5 量程变换时的雷达图像显示

4．7 船舶自动操舵仪

4．7．1 航迹保持系统原理

4．7．2 航迹保持算法

4．7．3 系统的实现及结果

4．8 GMDSS通信控制台

4．8．1 GMDSS的功能

4．8．2 GMDSS的组成

4．8．3 CMDSS通信仿真所涉及的主要技术

4．9 基于GPS OEM板和GPS复示仪的GPS模拟器

4．9．1 CPS模拟器系统构成

4．9．2 GPS卫星位置求解

4．9．3 选星和GPS船位计算

4．9．4 显示单元

4．10 UAIS模拟单元

4．10．1 UAIS概况

4．10．2 航海模拟器中UAIS仿真模块的设计

参考文献

第5章 网络通信技术

5．1 信息流向

5．1．1 教练员站至各本船的信息

5．1．2 本船至教练员站的信息

5．1．3 本船中各微机间的信息交换

5．2 通信方案的选择

5．3 基于Winsock的TCP／IP实现

5．4 多通道视景系统视见参数的动态设置

5．4．1 各通道视线方向的动态设置

5．4．2 各通道视点位置的动态设置

5．5 多通道视景系统各通道的同步

参考文献

附录 DNV关于航海模拟器的性能标准

彩图

《航海模拟器》讲述了航海模拟器的基础知识和关键技术，全书包括绪论、系统基本结构、船舶运动数学模型、视景系统、模拟舱及驾驶台仪器设备、网络通信技术6部分。为了帮助读者了解国际著名船级社提出的航海模拟器认证标准，附录中列出了挪威船级社的标准原文及中文译文。