交互式虚拟船舶训练平台的研制与开发

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1、学校代码：10286分类号：TP23密级：公开UDC：621学号：150315工程硕士学位论文交互式虚拟船舶训练平台的研制与开发（学位论文形式：应用研究）研究生姓名：李镇宇导师姓名：帅立国李兴林申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学工程领域名称机械工程论文答辩日期2018年6月7日研究方向嵌入式设备学位授予日期2018年月日答辩委员会主席王珏评阅人Y201801196AY201801196B2018年6月7日硕士学位论文交互式虚拟船舶训练平台的研制与开发专业名称：机械电子工程研究生姓名：李镇宇导师姓名：帅立国校外导师：李兴林D

2、EVELOPMENTOFINTERACTIVEVIRTUALSHIPTRAININGPLATFORMAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLIZhen-yuSupervisedbyProf.Shuai-liguoandLIXing-linSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityJune2018摘要摘要船舶训练平台是以水上适应性为目的的实景仿真训练装置，兼

3、具船员训练和娱乐游戏等功能。现有的船舶训练平台技术上多采用计算方法实现船体的运动仿真，通常难以真实模拟船舶姿态，其视场也往往是计算机仿真模拟，并非实景影像的再现，实际应用的满意度多存在一定不足，难以满足高端训练项目特别是海员训练的要求。课题对常规的商船海员适应性训练和游戏娱乐产业等具有重要价值，对于我国现代化海军建设亦具有重要意义。海军是我国国防力量的重要兵种，也是我国海疆安全和人民幸福的重要保障，其综合实力的提升不仅需要先进的军事装备，更需要一流的海军士兵，课题项目有望以低廉的成本实现海军士兵的选拔和日常的适应性训练。课题在融

4、合惯性传感技术、物联网技术和虚拟现实技术的基础上构建了交互式虚拟船舶训练平台，研究内容主要包括：1)方案设计。针对现有船舶训练平台存在的问题并结合船舶运动特特征，给出系统性能指标以及功能需求。根据设计指标和惯性导航原理，对系统机械结构和软硬件进行了方案设计，确定了卡尔曼滤波的欧拉角解算算法为本文的姿态解算算法。2)机构设计。根据设计指标，对本设计机械结构的材料、尺寸以及关键零部件进行了设计、选型和校核。同时，对系统机械结构进行了运动学分析，结果表明能够满足设计指标。3)软硬件设计。根据系统功能需求，对各个模块进行了硬件搭建和软件

5、编写。其中，数据采集模块实现了传感器数据的采集、处理和传输；服务器实现了数据传输和保存；平台控制模块实现了对船舶训练平台的运动控制；VR眼镜实现了全景AR视景系统的运行。4)系统测试。针对系统的各个方面进行了多项实验，包括传感器数据精度实验、系统模块间通信实验以及平台控制性能实验。现场实验表明，本课题的交互式船舶训练平台能够真实的再现航海船舶的姿态和视景环境，可满足水上适应性训练，特别是高端训练项目如海军士兵和商业海员的实景训练需求，并满足游戏娱乐行业的交互式体验的需求。关键词：船舶训练平台；惯性传感；虚拟现实；全景ARIAbs

6、tractAbstractTheshiptrainingplatformisapracticalsimulationtrainingdevicewiththepurposeofwateradaptability.Ithasthefunctionsofcrewtrainingandentertainmentgame.Moreoftheexistingshiptrainingplatformtechnologyusesthecalculationmethodtorealizethemotionsimulationofthehull.

7、Itisoftendifficulttosimulateaship'sposture.Thefieldofitsviewisalsooftencomputationalsimulation.Itisnotthereappearanceoftherealimage,thesatisfactionoftheactualapplicationisnotenough,anditisdifficulttomeettherequirementsofthehigh-endtrainingprogram,especiallythetrainin

8、gofseafarers.Thesubjectisofgreatvaluetotheroutinetrainingofmerchantseamenandthegameentertainmentindustry,anditisalsoofgreatsignific