[發(fā)明專利]一種基于GPU的動(dòng)力定位船舶三維視景仿真系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810020668.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN108109202B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳德烽;李忠坡;顧佳棟;趙珂;張朕;元軻新;林洪貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 集美大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊;丘鴻超

1.一種基于GPU的動(dòng)力定位船舶三維視景仿真系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)庫模塊、海洋平臺(tái)及船舶建模模塊、動(dòng)力定位傳感器處理信息模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、實(shí)體與海洋場(chǎng)景仿真模塊、GPU加速渲染模塊、C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊、動(dòng)力定位效果顯示模塊；

所述數(shù)據(jù)庫模塊，通過相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)地物體測(cè)量的數(shù)據(jù)獲得實(shí)物包括外觀、幾何形狀的數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、整理和存儲(chǔ)；

所述海洋平臺(tái)及船舶建模模塊，根據(jù)動(dòng)力定位船舶行駛環(huán)境的需要，采用3D MAX軟件按照三維建模的方法，構(gòu)造出包括本船，目標(biāo)船，海洋平臺(tái)，燈塔的環(huán)境所需多樣化的參照物模型；而后，采用三維建模軟件Multigen Creator構(gòu)造包括近海岸、風(fēng)、浪、流以及晴天、雨天、陰天的海洋場(chǎng)景模型；

所述動(dòng)力定位傳感器處理信息模塊，根據(jù)輸入的C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊中的接口狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，開發(fā)仿真循環(huán)接口來獲得三種狀態(tài)：-1、0、1，其中，-1表示接口沒有連接，0表示已經(jīng)結(jié)束，1表示仿真接口正常且正在運(yùn)行；

所述運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于響應(yīng)動(dòng)力定位傳感器處理信息模塊對(duì)應(yīng)的信息，通過解析C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)果數(shù)據(jù)集，生成實(shí)體與海洋場(chǎng)景仿真模塊的運(yùn)動(dòng)控制指令以及動(dòng)力定位效果顯示模塊需要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；同時(shí)該模塊根據(jù)實(shí)體與海洋場(chǎng)景仿真模塊和動(dòng)力定位效果顯示模塊反饋的場(chǎng)景對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，給出三個(gè)返回值，-1、0、1，其中，-1表示運(yùn)動(dòng)已經(jīng)結(jié)束，可以將其回收處理，0表示運(yùn)動(dòng)對(duì)象沒激活，1表示對(duì)象已經(jīng)激活且正在運(yùn)動(dòng)；

所述實(shí)體與海洋場(chǎng)景仿真模塊，根據(jù)接收運(yùn)動(dòng)控制模塊輸出的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特效，對(duì)導(dǎo)入的構(gòu)造模型幾何文件建立場(chǎng)景樹，模型的運(yùn)動(dòng)需要定義約束關(guān)系和運(yùn)動(dòng)路徑，模型的不同節(jié)點(diǎn)掛在一個(gè)場(chǎng)景樹上的不同節(jié)點(diǎn)上；運(yùn)動(dòng)部分和不運(yùn)動(dòng)部分分別掛在場(chǎng)景樹不同的節(jié)點(diǎn)上，根據(jù)模型的布置與協(xié)調(diào)，統(tǒng)一對(duì)各個(gè)模型及場(chǎng)景在Vega Prime仿真平臺(tái)上進(jìn)行渲染，最終形成復(fù)雜的場(chǎng)景環(huán)境圖，將其輸出給GPU加速渲染模塊；

所述GPU加速渲染模塊，接收經(jīng)過實(shí)體與海洋場(chǎng)景仿真模塊處理后得到的幾何場(chǎng)景圖，通過這些場(chǎng)景和特效命令進(jìn)一步加工處理，通過GPU的功能，減輕CPU的工作負(fù)擔(dān)，場(chǎng)景環(huán)境圖經(jīng)過GPU加速渲染模塊進(jìn)行加速，使得其渲染仿真的速度大大加快，增加了場(chǎng)景模型顯示連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)了模型運(yùn)動(dòng)與場(chǎng)景顯示的實(shí)時(shí)性與真實(shí)感；

所述C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊，包括C#多場(chǎng)景仿真接口狀態(tài)監(jiān)控和C#多場(chǎng)景仿真接口信息處理，具體即通過監(jiān)控C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊接口的運(yùn)行過程，開發(fā)仿真循環(huán)接口來獲得三種狀態(tài)：-1、0、1，其中，-1表示接口沒有連接，0表示已經(jīng)結(jié)束，1表示仿真接口正常且正在運(yùn)行；而后，通過解析法對(duì)C#輸出的結(jié)果信息進(jìn)行處理；

所述動(dòng)力定位效果顯示模塊，用于實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景仿真的顯示，通過C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊的C#多場(chǎng)景仿真接口信息的處理過程對(duì)實(shí)體與海洋場(chǎng)景仿真模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景環(huán)境的調(diào)用與控制，最終的效果通過動(dòng)力定位效果顯示模塊展現(xiàn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPU的動(dòng)力定位船舶三維視景仿真系統(tǒng)，其特征在于：所述動(dòng)力定位傳感器處理信息模塊根據(jù)輸入的C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊中的接口狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)兩方面功能：其一、信息接收方面是指當(dāng)監(jiān)控到C#接口狀態(tài)是0的時(shí)候，將結(jié)果文件中的其他對(duì)象模型添加到任務(wù)中；當(dāng)監(jiān)控到運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是0的時(shí)候，將相應(yīng)對(duì)象模型回收處理；其二、信息傳遞方面是指對(duì)C#后臺(tái)調(diào)用與驅(qū)動(dòng)模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊產(chǎn)生的信息進(jìn)行調(diào)度和控制，用來保證仿真效果的實(shí)時(shí)性，視景仿真的任務(wù)嚴(yán)格按照順序執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)流程是首先監(jiān)控消息接收的情況、視景對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)對(duì)象的生命周期，根據(jù)接收的信息進(jìn)行匹配是否有三維視景中運(yùn)動(dòng)對(duì)象需要的數(shù)據(jù)，若有，將解析的結(jié)果數(shù)據(jù)輸出給視景對(duì)象運(yùn)動(dòng)控制模塊；若無，查詢新的接收信息，繼續(xù)循環(huán)，直到運(yùn)動(dòng)控制模塊給出0的狀態(tài)，將相應(yīng)對(duì)象進(jìn)行回收處理。