回声测深仪的三维模拟与控制

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1、中国海洋大学硕士学位论文回声测深仪的三维模拟与控制姓名：卢金海申请学位级别：硕士专业：计算机技术指导教师：董军宇20070601回声测深仪的三维模拟与控制摘要航海技术，轮机工程是实践性很强的专业，培养学生时需要大量实践场所，为此相关高校都购置或开发了航海类模拟器。当前，国内外主流的航海模拟器(如：上海海事大学航海科学研究所研制的船舶操纵模拟器、航海雷达导航模拟器，大连海事大学航海技术研究所研制的船舶操纵模拟器、便携式船舶操纵模拟器；挪威的挪康公司(KongsbergMaritimeAS)、英国的英国船商有限公司(TransasMarineUKL

2、td．)研制的航海模拟器)均采用三维视景来描述船舶及其周围环境，操作者可操纵船舶在虚拟的三维世界中漫游，其船舶操纵部分普遍采用硬件模拟(使用开关、旋钮、键盘等设备实现对船舶的操纵与控制)或二维图像模拟(使用二维图像来描述真实的开关、旋钮等，并实现对船舶的操纵与控制)。采用硬件模拟需要复杂的安装调试工作、各硬件本身和相互之间的关联部分容易出现故障，而二维图像模拟真实感又较差。作为船舶操纵模拟器的探索性研究，本课题开发回声测深仪的三维模拟器。在微型计算机上，使用OpenGL技术开发三维模拟器，在此模拟器中实现三维漫游和控制，也就是使用者能在虚拟三维

3、空间中的任意位置、任意角度来观看回声测深仪，并能够进行相关的操作。这样既降低了模拟器开发成本，又提高了模拟器的真实性。详细研究三维创作软件3DSMAX输出的3ds文件格式，通过分析转换成ASCII字符的3ds文件，较详细的绘制了3ds文件的块结构图，并指出了几乎所有数据块的结构及其用途，为正确使用3ds文件数据奠立了坚实的基础。结合3ds文件的结构特点和OpenGL的数据特点，给出了装载3ds模型的类定义，并对数据迸行了必要的转换，正确将数据保存到OpenGL数据结构之中。分析了计算法线向量的两种方法。给出了由组成面的点的三维数据计算点的法线向

4、量的方法。从查阅到的相关文献来看，文献中都提到了再现三维模型需要读取3ds文件中三维模型的材质块数据和顶点数据、面列表数据，而忽视了关键帧数据。本课题提出了正确再现3ds三维模型数据必须读取并使用关键帧数据的观点，详细分析了显示实例物体、参考物体与显示普通物体的不同，并正确显示了实例物体和参考物体。深入分析关键帧数据，提出了正确显示子物体的方法和步骤。本课题采用三维的模拟操作控制部分，回声测深仪的开关、旋钮以及进行的所有操作都是在三维虚拟空间中进行，由于采用纯软件实现所以安装、调试模拟器就很简单，又因为采用三维的交互控制所以又有较好的真实感。关

5、键词：3ds文件：OpenGL；回声测深佼；模拟器。3-DSimuJationandOontroJofEchoDepthSounderAbstractArtofnavigation，marineengineeringisaprofessionthatneedstobepractice，trainastudentneedagreatdealoffulfillmentplace，alsopurchaseordeveloppednavigationemulatorforthisrelevanthighsch001．Atpresent，thedomes

6、ticandinternat．iona]essentialnayigationemulator(Thevoyagescienceresearchoftheshanghaimaritimeuniversitydeveloptheshipsmanipulatesemulator，themarineradarnavigationemulator．Thenavigationtechniqueacademeofthedalianmarltimeuniversitydeveloptheshipsmanipulatesemulator，theportable

7、shipsmanipulatesemulator．KongsbergMaritimeASofNorway，TransasMarineUKLtd．ofBritain．)alladopts3Dvisiontodescribeshipsanditsurroundingsenvironment，theoperationcanmanipulateshipstotravelextensivelyinthevirtual3Dworld，itsshipsmanipulatespartwidespreadadoptionthehardwareemulationo

8、r2Dpictureemulation．Adoptthehardwareemulationtoneedcomplicatedgearingtoadju