三维动画技术舰船航行环境仿真

发布时间：2022-10-03 21:00 热度：

　　现有仿真平台无法优化环境模型，放大后舰船航行环境视觉效果较差，因此研究三维动画技术的舰船航行环境仿真平台的应用效果。该平台利用三维动画技术，构建舰船航行环境三维模型；通过驱动演示环境模型，优化三维场景；模拟投射光线与海洋环境的相交节点，仿真海洋球面模型。测试结果表明，此次研究的仿真平台，放大舰船航行环境后，其水波波纹维持完整性、连续性以及致密性特点，视觉效果极佳。

　　关键词：三维动画技术；舰船航行环境；仿真平台；应用效果

　　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]。

　　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。

　　作者：程欣