[發(fā)明專(zhuān)利]潛射導(dǎo)彈出水過(guò)程三維動(dòng)態(tài)仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310601464.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103577656A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬超;魏海鵬;黃海龍;劉昊;魏承;趙陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;G06T13/20;G06T19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維動(dòng)態(tài)仿真方法，屬于計(jì)算機(jī)仿真模擬方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)越來(lái)越重視對(duì)敵方的精確打擊和對(duì)己方的隱身保護(hù)。潛射導(dǎo)彈結(jié)合了潛艇和導(dǎo)彈二者的特點(diǎn)，具有射程遠(yuǎn)、威力大、命中精度高、生存能力和突防能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅使?jié)撏Ь邆淞诉h(yuǎn)程精確打擊能力，而且可以起到有效的戰(zhàn)略威懾作用以及二次打擊能力。

潛射導(dǎo)彈的研制工作始于20世紀(jì)50年代，但因潛射導(dǎo)彈的水下發(fā)射技術(shù)難度大，目前擁有較成熟的潛射導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)的國(guó)家僅有俄羅斯、美國(guó)、法國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。我國(guó)從20世紀(jì)七十年代中后期開(kāi)始研制潛射導(dǎo)彈，目前已取得長(zhǎng)足的發(fā)展。

導(dǎo)彈垂直發(fā)射技術(shù)中主要有冷發(fā)射技術(shù)和熱發(fā)射技術(shù)。由于熱發(fā)射方式對(duì)導(dǎo)彈的性能要求較高，目前大多數(shù)導(dǎo)彈水下發(fā)射都采用冷發(fā)射方式。本文針對(duì)采用冷發(fā)射方式的潛射導(dǎo)彈設(shè)計(jì)其出水過(guò)程的三維動(dòng)態(tài)仿真方法。

三維計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用涉及產(chǎn)品展示、機(jī)械制造、國(guó)防工業(yè)、航空航天等各個(gè)方面，仿真可視化已經(jīng)成為科研人員開(kāi)發(fā)仿真系統(tǒng)、開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的重要輔助手段。潛射導(dǎo)彈水下發(fā)射要經(jīng)歷水下彈射出筒、水中自由滑行、出水、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和制導(dǎo)飛行5個(gè)階段，其中水下彈射出筒段、水中自由滑行段和出水段是潛射導(dǎo)彈發(fā)射所獨(dú)有的過(guò)程，也是潛射導(dǎo)彈發(fā)射成敗的關(guān)鍵所在。一般的地面模擬仿真試驗(yàn)所需試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，試驗(yàn)成本極高，而且可重復(fù)性差。可視化技術(shù)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像，將仿真過(guò)程真實(shí)生動(dòng)的展示出來(lái)，具有安全、經(jīng)濟(jì)、可控、無(wú)破壞性、允許多次重復(fù)等許多優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)潛基發(fā)射導(dǎo)彈出水三維動(dòng)態(tài)全過(guò)程仿真方法可以為地面模擬仿真試驗(yàn)提供參考，幫助分析試驗(yàn)結(jié)果，從而縮短試驗(yàn)和研制周期，節(jié)省試驗(yàn)和研制經(jīng)費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決地面模擬仿真試驗(yàn)所需試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、試驗(yàn)成本極高、可重復(fù)性差的問(wèn)題，提供一種潛射導(dǎo)彈出水過(guò)程三維動(dòng)態(tài)仿真方法。

本發(fā)明的潛射導(dǎo)彈出水過(guò)程三維動(dòng)態(tài)仿真方法，所述方法是基于CPU-GPU異構(gòu)的多線(xiàn)程開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特征在于所述方法包含以下內(nèi)容：

一、搭建人機(jī)交互平臺(tái)；

二、潛基導(dǎo)彈出水過(guò)程三維虛擬建模與顯示：利用Multigen?Creator和3DS?MAX建立潛艇、導(dǎo)彈及水面艦艇的三維模型，并建立海洋、天空、島嶼及海底地形的虛擬仿真場(chǎng)景；

三、基于粒子系統(tǒng)的潛基導(dǎo)彈出水可視化建模：采用粒子系統(tǒng)建模方法，建立船行波、導(dǎo)彈尾焰、彈倉(cāng)開(kāi)蓋氣泡、導(dǎo)彈出筒水汽、導(dǎo)彈出水水汽粒子特效，模擬潛基導(dǎo)彈發(fā)射出水過(guò)程中的現(xiàn)象；

四、基于著色語(yǔ)言的潛基導(dǎo)彈出筒空泡可視化建模：采用GLSL著色語(yǔ)言編寫(xiě)空泡形狀，綜合導(dǎo)彈水下出筒階段的水-氣交互及Fluent仿真數(shù)據(jù)建立潛基導(dǎo)彈出筒空泡可視化模型，模擬導(dǎo)彈出筒空泡變化規(guī)律；

五、海洋深度標(biāo)尺動(dòng)態(tài)顯示：使用投影節(jié)點(diǎn)構(gòu)建海洋深度標(biāo)尺，建立海洋深度與顏色變化對(duì)應(yīng)的函數(shù)，并添加滑動(dòng)浮標(biāo)，動(dòng)態(tài)顯示潛艇的下潛深度和位置；

六、潛基導(dǎo)彈出水過(guò)程的多視角交互式三維漫游：讀入不同時(shí)刻導(dǎo)彈和潛艇位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)其中，x、y、z表示位置坐標(biāo)，θ、ψ分別表示滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航三個(gè)姿態(tài)角，對(duì)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體進(jìn)行實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)使用多視角顯示觀(guān)測(cè)潛射過(guò)程中潛艇、導(dǎo)彈、海洋的變化情況；

七、潛基導(dǎo)彈出水過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)可視化：顯示潛基導(dǎo)彈出水過(guò)程中的位置、姿態(tài)、速度方面的參數(shù)信息，并繪制不同時(shí)刻潛基導(dǎo)彈出水過(guò)程中的位置、姿態(tài)、速度的變化曲線(xiàn)。

本發(fā)明包含以下有益效果：

本發(fā)明以潛基導(dǎo)彈出水建模技術(shù)、可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)等為核心，以VC++和OSG三維渲染引擎庫(kù)為實(shí)現(xiàn)工具，完成潛基導(dǎo)彈出水過(guò)程的交互式虛擬仿真。可視化技術(shù)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像，將仿真過(guò)程真實(shí)生動(dòng)的展示出來(lái)，具有安全、經(jīng)濟(jì)、可控、無(wú)破壞性、允許多次重復(fù)等許多優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)潛基發(fā)射導(dǎo)彈出水三維動(dòng)態(tài)全過(guò)程仿真方法可以為地面模擬仿真試驗(yàn)提供參考，幫助分析試驗(yàn)結(jié)果，大大縮短了試驗(yàn)和研制周期，試驗(yàn)和研制經(jīng)費(fèi)減少一半以上。

本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果如下：

能夠完成包括海洋、天空、地形等一系列環(huán)境場(chǎng)景三維可視化；

能夠完成導(dǎo)彈、潛艇、水上艦艇的三維可視化；

能夠完成包括船行波、導(dǎo)彈尾焰、出筒、出水等一系列粒子系統(tǒng)三維可視化；

能夠完成潛艇航行、彈道位姿、空泡形狀等運(yùn)動(dòng)過(guò)程的三維可視化；

能夠顯示海洋深度標(biāo)尺，并以浮標(biāo)的形式動(dòng)態(tài)顯示潛艇的下潛深度；

能夠?qū)雽?dǎo)彈數(shù)據(jù)和空泡數(shù)據(jù)并進(jìn)行可視化仿真；