摘要
“疏浚作业仿真器的研制”是国家“九五”重点科技攻关项目“1750m~3／h绞吸式挖泥船新技术装备实验研究及应用”项目中的一个重要子课题，它主要用于培训学员掌握先进的疏浚作业方法，以达到优化疏浚作业的目的。具有视景仿真系统的疏浚仿真训练器的研制需要运用计算机技术、自动控制技术、图形图像处理与生成技术、计算机仿真技术、多媒体技术、疏浚工程等诸多高新技术。本文结合疏浚作业仿真器的视景仿真子系统，论述了三维虚拟建模、虚拟物体运动关系数学描述、最小原型形软件设计方法、网络通信、多线程编程等多项关键技术。
首先本文介绍了当前主要的软件开发方法，并对这些方法的优缺点进行了大致分析，然后根据承担项目的特点进行分析，然后确定了采用最小原型法去开发系统。其次，介绍了利用三维建模工具MultiGen建立三维疏浚船模型的方法，其中涉及虚拟三维模型的建立、自由度(DOF，Degree Of Freedom)的设定、运动关系的数学描述等内容。在介绍完本文中用到的计算机图形学的基本知识之后，文章详细介绍了水下视景仿真的设计方案和实施步骤，这里包括虚拟地形建模、使用VC++6.0结合Open GL开发应用程序、虚拟模型与控制盘台的交互、疏浚作业剖面仿真等内容。最后论文中对多线程编程进行了详细分析，针对实时视景仿真系统的特点，使用一个线程完成控制信号的接收工作，另一个线程负责整个场景画面的绘制工作。这种方法避免了视景仿真系统的画面与在控制盘台设备上操作信号的滞后现象，增强了仿真的真实感。
作为疏浚仿真训练器的一部分，视景仿真系统把学员在控制盘台上的操作结果直观地实时显示在屏幕上，简化了操作评估过程，并且使疏浚仿真训练器有了良好的人机界面，完善了琉浚仿真训练器的整体功能，使之能够达到较好的培训效果。
"The research of dredging process training simulator" is a part of the project "Research And Development Of New Equipment And Technologies In The 1750m3/h Cutter Suction Dredger", which is a Chinese Ninth Five Years Key Project. The dredging process training simulator is used to train the operator so as to make the dredging process more efficient. The system uses a lot of new techniques including computer science, multimedia technology and computer graphics science and so on. According to the visual system of the dredging process training simulator, this paper presents many important techniques such as three-dimension objects modeling, mathematics description of the virtual objects motion relations, the minimal-shape software engineering method, multi-thread program and so on.
Firstly, this paper introduces the main software engineering techniques and analyzes the excellence and limitation of each one. The minimal-shape software engineering method is adopted according to the characteristic of the project. Secondly, the paper gives out the procedure of the three-dimensional dredge boat modeling, which uses the VR (Virtual Reality) tool-MultiGen. Establishing the DOF (DOF, Degree Of Freedom) of the VR model and the VR model motion relations are depicted in the third chapter. At last, the paper presented the visualization implementation of the under working state for a cutter suction dredging simulator in detail after a brief introductions of the basic knowledge of computer graphics science. This part includes terrain visualization, interactive operations between VR model and control panel, the profile system of the dredge working state and so on. Also in this part, multi-thread programming and network communications are presented. In the visual system one thread process receives the control signal and the other take charge of the refreshing window.
This technique solves the delay phenomenon between the visual system and the operations on the control panel.
As a part of the dredging process training simulator, the visual system can display the result of the trainee's operation on the screen in real-time. This simplifies the evaluation procedure and perfects the function of the dredging simulation training system. The whole system provides a way for the trainee to dredge efficiently.
引文
[1] MultiGen User's Guide. MultiGen Inc.1996. 5～80
[2] 徐东平．仿射透视变换与分形编码．计算机仿真 1998．23～26
[3] 李江．Photoshop 5.5 入门与提高．北京：人民邮电出版社 1998．36～58
[4] Vega User's Guide. Paradim Simulation Inc. 1996. 70～190
[5] 边馥玲．GIS地理信息系统原理和方法．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996．47～102
[6] 尹小菡，蔡继红，张建淑．大规模虚拟战场环境三维生成技术．系统仿真学报 2000．9 56～60
[7] 3D MAX 建模教程．北京：北京希望电脑出版社．2000．134～160
[8] 肖章权，高孝洪．现代轮机仿真训练器及其技术发展．计算机仿真．1999．36～39
[9] 王扬．虚拟现实与仿真器．系统仿真学报，1996．23～27
[10] [美]Chuck Wood.Visual C++6.0 数据库编程大全．北京：电子工业出版社．1997．217～250
[11] David J.KruglinsKi.Visual C++6.0 技术内幕．北京：北京希望电脑出版社．1998．510～580
[12] MufitH. Ozden. Graphical programing of simulation model in an object-oriented environment. SIMULATE, 1991,56(2):31～35
[13] 周志方．Windows环境输入事件的记录与回放．微型电脑应用．2000．45～52
[14] 周德兴，孟晓风．实时系统软件设计方法．计算机自动测量与控制 2000．8(4)：36～40
[15] 骆斌，费翔林．多线程技术的研究及应用．计算机研究与发展．2000．15～18
[16] 张继强，陈德贵．精通 Open GL．北京：电子工业出版社，1998．228～292
[17] 李强．WIN32 应用程序中进程间通信方法分析与比较．算机应用与研究 2000．2．35～38
[18] 陈华斌．视景仿真在机车仿真器中的应用，系统仿真学报，1999(5)：42～46
[19] 徐东平．VC++开发方法及实例分析．交通与计算机．1998．5：42～45
[20] 汪厚祥．交互式计算机图形学．华中理工大学出版社．1995．170～241
[21] 王可定．计算机模拟及其应用．东南大学出版社．1997．102～132
[22] 扬克俭，刘舒燕，陈定方．虚拟现实与城市规划．系统仿真学报 2000．34～36
[23] 吴家铸，党岗，刘华锋等．视景仿真技术及应用．陕西：西安电子科技大学出版社．2001．23～203
[24] 白延丽，刘强，冯德群．面向对象的仿真．’99全国仿真技术会议论文集．32～36
[25] 万常选．实时数据库系统的关系数据模型．计算机与现代化．20000．23～26
[26] 李寿兵，张佑生．ADO数据存取技术．微型电脑应用．2000．4：43～45
[27] 马君国．应用MFC对Windows进行多线程编程．微型电脑应用．2000．8：12～14
[28] 周海燕．Visual C++中数据库访问技术对数据库字段类型的处理方式的探讨．现代计算机．2000．4：32～33
[29] 赵宏霞．VC++5.0应用程序中多视图间通讯技术．电脑学习．1999．6：21～24
[30] 单伟．仿真视景数据库自动生成系统．计算机仿真．1996(3)：35～37
[31] 李实．基于虚拟现实的船舶轮机仿真训练系统．系统仿真学报．2000．3：35～38．
[32] Visual C++6.0 编程高手．北京希望电脑出版社．1997．153～192
[33] 冯峰，王雪梅．Visual C++开发高级界面实例．北京：人民邮电出版社 2000．163～185
[34] 潘爱民．COM原理与应用．清华大学出版社．1998．73～96
[35] 董竟新，赵长得．控制工程基础．清华大学出版社．1993．153～176
[36] 姚益平．新一代分布交互仿真体系HLA．’99全国仿真技术会议论文集．23～25
[37] 涂序彦．面向知识经济的智能仿真技术．’99全国仿真技术会议论文集．27～29
[38] 刘玉庆．模块化仿真建模技术及其应用．’99全国仿真技术会议论文集．36～39
[39] 高慧敏．基于Winsock的网络通信程序设计．’99全国仿真技术会议论文集．45～48
[40] windows核心编程．北京希望电脑出版社．1996．58～79
[41] 陈华斌，视景仿真在机车仿真器中的应用．系统仿真学报．1999(5)：34～37
[42] 陈小武，王莉莉．虚拟现实自然环境计算模型的研究与实现．系统仿真学报．2000．7：46～49
[43] 李冠一，郑辉，韩维恒．基于WinSock实现Internet协议多线程连接的关键技术．计算机应用．2001．11：50～52．
[44] 赵黎明，赵刚．Windows95／98环境中的并行程序设计．计算机应用．2001．1：86～88．
[45] 余凯，赵长安，李劲松．Windows 98环境下的实时控制系统的开发．计算机应用研究．2001．6：116～119．
[46] Floriani,Paola Magillo.Visibility algorithm on triangulated digital terrain models.Int.J.Geographical Information Systems,1994,8(1):13～41.
[47] 白燕斌．Open GL三维图形库编程指南．北京：机械工业出版社，1998．23～90
[48] Michael J.Yong.Visual C++6 从入门到精通．电子工业出版社．1999．734～742．
[49] 伍光胜，宋信忠，郑明辉．多线程技术及其应用的研究．计算机应用研究．2001．1：33～35
[50] 万先锋．挖泥船水下工况监视及智能I／O控制系统的实现．[学位论文]：武汉交通科技大学．2000．3：5～30
[51] Monnet F.Virtual reality: the technology and its applications, 1995.58～92
[52] Lang Chenglian, On -real-time simulation of Longitudinal forces of heave-haul train driving simulator, Proceeding of and Beijing International Conference On System Simulation and Scientific Computing. 1992.10:36～39
[53] R. S. Kalawsky.The Science of Virtual Reality and Virtual Environments.Addison-Wesley Publishing Company. 1993.47～86