摘 要

本文基于船舶操纵模拟三维视景显示系统，实现了对真实船舶的数据监测并解析使其显示在虚拟现实（VR）场景中并根据数据模拟真实场景创建虚拟场景以及在虚拟场景中模拟控制船舶。本文介绍了VR技术的出现和推广，为模拟三维视景显示提供了新的解决方案。本文同时对Unity引擎进行了研究，以其组件式的框架来搭建虚拟场景。并由引擎中的UGUI来动态显示各样船舶数据以及和使用者的交互操作。

本文着重介绍了以下几种关键技术：①船舶模型根据数据解析后如何生成与加载，船舶可以随着真实数据的采集与解析在虚拟场景中定位生成对应船舶进行模拟现实，并且船舶可以随着数据的改变缓慢变化自己的位置；②虚拟场景中的人物移动跟随着真实场景的人物移动而移动并且拥有多种不同的状态以供使用者模拟操纵虚拟场景中的交互；③根据现实采集的数据与解析动态显示在虚拟场景中的UI上，实时、高效；④解析真实数据来创建虚拟场景中的各个细节，例如水面状态、形态等以模拟真实场景。

本文充分发挥了VR技术的沉浸式感受，和Unity引擎的强大功能，创建了基于虚拟现实的船舶操纵模拟三维视景显示系统，在此领域上完成了不小的创新。

关键词：VR；Unity；C#；水面渲染；Oculus；虚拟交互

Abstract

Based on the ship simulation and 3D visual display system, this paper realizes the monitoring and analysis of the real ship to show it in the virtual reality (VR) scene and creates the virtual scene according to the data simulation real scene and simulate the ship in the virtual scene. This paper introduces the emergence and popularization of VR technology, and provides a new solution for simulating 3D visual display. In this paper, the Unity engine was studied, and its modular framework was used to build the virtual scene. And by the engine UGUI to dynamically display a variety of ship data and the user interaction.

This paper focuses on the following key technologies: ① how to generate and load the ship model according to the data analysis, the ship can be simulated with the actual data acquisition and analysis in the virtual scene to generate the corresponding ship simulation reality, and the ship can follow the data ; ②the movement of the characters in the virtual scene moves along with the movement of the characters in the real scene and has a variety of different states for the user to simulate the manipulation of the interaction in the virtual scene; ③ the data collected according to the actual Parsing dynamic display in the virtual scene in the UI, real-time, efficient; ④ analysis of real data to create a virtual scene in the details, such as water surface, shape, etc. to simulate the real scene.

This paper gives full play to the immersive experience of VR technology, and the powerful function of Unity engine, creating a virtual reality based on the ship simulation of three-dimensional visual display system, in this area to complete a small innovation.

Key Words：VR；Unity；C#；Surface rendering；Oculus；Virtual interaction

目 录

第1章 绪论 1

1.1 问题的提出 1

1.2 开发的意义 1

1.3 国内外发展现状 1

1.4 本文结构 3

第2章 关键技术 4

2.1 VR介绍 4

2.1.1 Oculus 4

2.1.2 Oculus API 4

2.2 Unity介绍 4

2.2.1 Unity API 5

2.3 本章小结 5

第3章 系统设计 6

3.1 功能设计 6

3.2 系统实现流程 7

3.3 本章小结 7

第4章 系统实现 8

4.1 外部船舶模型的动态加载生成与运动 8

4.1.1 AIS、GPS信息的获取与处理 8

4.1.2 船舶加载、生成与移动 9

4.2 虚拟场景的人物移动与状态 10

4.2.1 Oculus的定位与人物移动 10

4.2.2 人物状态变化 11

4.2.3 高亮显示 12

4.3船舶UI交互 14

4.3.1 UGUI介绍以及UI设计显示 15

4.3.2 UI框架以及输入输出 18

4.4 虚拟场景模拟现实场景 19

4.4.1 模拟水面环境 19

4.4.2 模拟水面形状 22

第5章 结语 23

5.1 工作总结 23

5.2 工作展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

传统的船舶监控控制是航海行业的一个重要的研究方向，它可以实现航海人员对获取其他船只信息的需求，模拟三维场景可以更高效安全地培训航海人员的技能。该系统通过VR技术将场景移植到虚拟现实中，令使用者更加具有沉浸感，更加有效地得到所需要的目的。在此领域跨入了一个新的视界。

本文基于Unity3D引擎、Oculus虚拟现实设备等来开发一套基于VR的三维视景显示，来完成船舶模拟操纵的需求。本文确立了如何去动态加载生成各种模型并与现实数据所交接、强大的UI交互设计、环境随着现实的改变而改变等功能，并将其一一实现。

本系统通过网络通信（TCP）传递Json字符串来传递信息包，对其数据进行解析和广播，使场景中的模型能实时的接收到传入的实时数据来改变形态完成模拟现实的需求，包括水面的动态变化、船体的动态移动变化生成等。

1.1 问题的提出

如今船舶操纵模拟已经非常广泛，运用在航海的各个方面，而且多已简单的UI显示控制来完成操作。利用新兴的VR技术来完成模拟视景与船舶操纵更具有沉浸感，效果会更好，对用户带来了不一样的交互感觉与体验。

1.2 开发的意义

Unity引擎能完美解决模拟现实场景的需求，只需要现实场景的各种数据来提供必要的GPS信息、AIS信息等，在虚拟场景中就能根据现有的资源模型来模拟出场景。这种开发效果能使用户更加具有沉浸感来体验交互操作与观察视景。

1.3 国内外发展现状

虚拟现实是当今世界前沿科学之一，具有非常重要的作用。发达国家一直将技术作为高科技发展技术的重点发展，现已成为研发，生产大型复杂设备和军事教育培训的重要工具，其中包括虚拟模型的导航。

海事模拟在确保船舶安全，创新监管模式和提高商务人员水平方面具有重要意义。传统的海上模拟在国内外非常普遍。一个从模拟的规模，建模和用户需求的特点来看，提出了宏观，中等视野，海洋仿真的微观程度，另一方从船舶导航安全管理，业务角度定义了另一种分类方法。