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| 內容簡介： |
本书讲述了航海模拟器的基础理论和关键技术。全书包括绪论、系统基本结构、船舶运动数学模型、视景系统、模拟舱驾驶及驾驶台仪器设备、网络通信技术共6章。为了帮助读者了解国际著名船级社提出的航海模拟器认证标准，附录中列出了DNV航海模拟器认证标准中驾驶台操作部分的中文译文。
本书可作为相关专业硕士生和博士生的教材，也可供从事虚拟现实技术和仿真技术研究的科技人员以及国内从事航海模拟器教学和培训工作的教师参考。
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| 目錄：
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前言
第0章 绪论
0.1 《STCW公约》对航海模拟器的相关规定
0.1.1 模拟器的使用
0.1.2 应用模拟器进行培训和适任评估的范围
0.1.3 模拟器的性能标准
0.1.4 模拟器的种类
0.1.5 模拟器的分级
0.2 航海模拟器的发展展望
0.2.1 模拟器的用途和发展趋势
0.2.2 物理真实感
0.2.3 行为真实感
0.2.4 环境真实感
0.2.5 多本船系统
0.3 本书的主要内容
参考文献
第1章 系统基本结构
1.1 教练员站
1.1.1 教练员站配置
1.1.2 教练员站功能
1.2 主本船
1.2.1 驾驶台设备仪表的配置
1.2.2 视景系统
1.2.3 船舶运动数学模型
1.3 副本船
参考文献
第2章 船舶运动数学模型
2.1 船舶六自由度运动数学模型
2.1.1 两种坐标系
2.1.2 船舶四自由度运动方程式
2.1.3 船舶纵摇与升沉耦合运动数学模型
2.2 船体水动力的计算模型
2.2.1 船体上惯性水动力导数的计算模型
2.2.2 小漂角运动时黏性水动力的计算模型
2.2.3 大漂角运动时黏性水动力的计算模型
2.2.4 横摇运动黏性水动力的计算模型
2.3 主操纵力的计算模型
2.3.1 定距桨推力及转矩计算模型
2.3.2 定距桨沉深横向力和力矩计算模型
2.3.3 主机特性计算模型
2.3.4 舵力特性计算模型
2.3.5 舵机特性计算模型
2.3.6 变距桨推力及转矩计算模型
2.3.7 平推桨推力计算模型
2.3.8 喷水推进器计算模型
2.4 附属操纵力的计算模型
2.4.1 锚链力计算模型
2.4.2 缆绳张力计算模型
2.4.3 拖船动力计算模型
2.4.4 艏侧推作用力计算模型
2.5 环境干扰力的计算模型
2.5.1 风的干扰力计算模型
2.5.2 一阶波浪力计算模型
2.5.3 二阶波浪力计算模型
2.5.4 流的动力计算模型
2.5.5 浅水效应计算模型
2.5.6 岸壁效应计算模型
2.5.7 船间效应计算模型
2.5.8 船舶碰码头作用力计算模型
2.6 船舶运动数学模型解算流程
2.6.1 船舶运动数学模型的数值求解算法
2.6.2 航海模拟器中船舶运动数学模型的解算流程
参考文献
第3章 视景系统
3.1 视景生成的图形学基础
3.1.1 场景的表示及场景坐标系
3.1.2 坐标变换
3.1.3 视变换
3.1.4 背面剔除
3.1.5 三维视见体裁剪
3.1.6 光栅化
3.1.7 消隐
3.1.8 明暗
3.1.9 纹理映射
3.1.10 动画
3.2 视景系统的性能指标和硬件平台
3.2.1 性能指标
3.2.2 视景系统的硬件平台
3.3 GPU技术
3.3.1 GPU的发展历程
3.3.2 GPU的主要技术
3.3.3 GPU编程语言
3.3.4 GPU展望
3.4 视景建模
3.4.1 建模工具
3.4.2 建模素材的搜集
3.4.3 建模基本步骤
3.4.4 航海模拟器典型物体的建模
3.4.5 高效视景数据库结构
3.5 视景驱动程序
3.5.1 视景驱动程序
3.5.2 OpenGVS视景驱动
3.5.3 OSG视景驱动
3.6 海浪绘制算法
3.6.1 波浪谱理论
3.6.2 海浪绘制算法的研究现状
3.6.3 海平面网格模型的建立
3.6.4 高度图的生成
3.6.5 海面光照及特殊效果
3.6.6 算法流程与结果分析
3.7 船舶航迹流和兴波的实时模拟
3.7.1 基于粒子系统和图像综合的船舶航迹流模拟
3.7.2 基于粒子系统和图像综合的船舶兴波实时模拟
3.7.3 算法效率的考虑及实现
3.8 真实港口的地貌生成
3.8.1 基于等高线数据的三角优化构网
3.8.2 等高线数据LOD模型的自动生成算法
3.8.3 算法的数据结构
3.9 其他自然现象模拟
3.9.1 雪的模拟
3.9.2 雨的模拟
3.10 多投影机无缝拼接显示
3.10.1 多投影机无缝拼接非线性几何校正
3.10.2 多投影机无缝拼接边缘融合
3.10.3 多投影机无缝拼接颜色一致性校正
3.10.4 多投影机无缝拼接算法实现流程及测试结果
参考文献
第4章 模拟驾驶舱及驾驶台仪器设备
4.1 模拟驾驶舱与驾驶台布局
4.2 交互设备与上位机通信
4.2.1 设备通信主机与PC机通信设计
4.2.2 设备通信主机与交互设备通信设计
4.3 显示仪表与交互设备
4.3.1 顶部显示仪表
4.3.2 三面舵角指示器
4.3.3 罗经复示器
4.3.4 车钟和舵轮
4.3.5 航海模拟器中其他交互设备
4.4 号灯、号型和甲板灯控制
4.4.1 号灯、号型和甲板灯显示的设计准则
4.4.2 号灯、号型的建模和显示
4.5 电子海图
4.5.1 电子海图中的坐标系及各坐标系间的转换
4.5.2 电子海图的生成与显示
4.5.3 水深数据的管理与计算
4.5.4 基于电子海图船舶动态显示及系统控制功能的实现
4.6 雷达ARPA模拟的关键技术
4.6.1 雷达模拟器图像显示与雷达扫描方式
4.6.2 岸线及部分固定目标回波的生成算法
4.6.3 不同量程、不同显示模式时的坐标变换
4.6.4 目标船CPA、TCPA、真运动矢量、相对运动矢量计算
4.6.5 量程变换时的雷达图像显示
4.7 船舶自动操舵仪
4.7.1 航迹保持系统原理
4.7.2 航迹保持算法
4.7.3 系统的实现及结果
4.8 GMDSS通信控制台
4.8.1 GMDSS的功能
4.8.2 GMDSS的组成
4.8.3 GMDSS通信仿真所涉及的主要技术
4.9 基于GPS OEM板和GPS复示仪的GPS模拟器
4.9.1 GPS模拟器系统构成
4.9.2 GPS卫星位置求解
4.9.3 选星和GPS船位计算
4.9.4 显示单元
4.10 UAIS模拟单元
4.10.1 UAIS概况
4.10.2 航海模拟器中UAIS仿真模块的设计
参考文献
第5章 网络通信技术
5.1 信息流向
5.1.1 教练员站至各本船的信息
5.1.2 本船至教练员站的信息
5.1.3 本船中各微机间的信息交换
5.2 通信方案的选择
5.3 基于Winsock的TCPIP实现
5.4 多通道视景系统视见参数的动态设置
5.4.1 各通道视线方向的动态设置
5.4.2 各通道视点位置的动态设置
5.5 多通道视景系统各通道的同步
参考文献
附录 DNV关于航海模拟器的性能标准
彩图
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第0章 绪 论
按国际著名的挪威船级社（DNV）的定义，航海模拟器（maritimesimulator）是：通过模型手段，对某些状况的一种创建，以此模拟船舶操作中的不同态势（acreationofcertainconditionsbymeansofamodel，tosimulatesituationswithinshipsoperation）[1]。上述定义将与船舶操作相关的模拟器都定义为航海模拟器，涉及面很广。目前主要的航海模拟器有雷达自动雷达标绘仪模拟器（RADARARPAsimulator）、导航模拟器（navigationsimulator）、电子海图显示与信息系统模拟器（ECDISsimulator）、驾驶台操作模拟器（bridgeoperationsimulator）和无线电通信模拟器（radiocommunicationsimulator）等。驾驶台操作模拟器也称船舶操纵模拟器（shiphandlingsimulator）;有时直接将无线电通信模拟器称为GMDSS模拟器。
除了上述与甲板部人员操作训练有关的模拟器外，尚有一些与传统机舱部门人员操作训练有关的模拟器，如轮机模拟器（engineroomsimulator）、货物装卸模拟器（loadingsimulator）以及液货装卸模拟器（liquidcargohandlingsimulator）。
从模拟器发展的趋势来看，将上述不同功能的模拟器组合起来，甚至将飞行模拟器（如直升机）也组合进来，以适应不同训练科目的要求，如搜救、海难应急处理等，构成综合的航海模拟器。由于篇幅所限，也限于作者近年来主要的研究工作集中在驾驶台操作模拟器上，故本书将以驾驶台操作模拟器为主要对象加以介绍。从行业习惯出发，书中的航海模拟器仅指驾驶台操作模拟器或船舶操纵模拟器。
航 海模拟器经数十年的发展，经历了从简单到复杂、从单一到综合的过程。
尤其是20世纪80年代以来计算机成像（computergeneratedimage，CGI）生成视景技术的采用，使航海模拟器经历了从“盲”（无视景，仅凭仪器操纵）到“可视”（有视景，能创建一种逼真的环境）的变革[2，3]。航海模拟器与飞行模拟器已成为虚拟现实系统成功应用的范例。
航海模拟器现已广泛应用于航海教育和培训以及相关领域工程论证和科
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