摘 要

越来越多的人开始呼吁生态环境保护，海洋环境也受到了关注，但大部分人都不了解海洋相关的技术与设备。其中有部分原因是，海洋的变幻万千、波涛汹涌阻碍了人的探索，这使得水下航行器成为一种发展趋势。水下航行器作为一种新型且重要的水下潜行器，对其了解和学习是十分必要的。因为进行实地实物的水下航行器实验探测是有极大成本和风险的，所以结合计算机科学来研究势在必得，而虚拟现实技术（VR）作为研究的热点，能很好的认知设备，进行无危险的交互。其中虚拟仿真实验是一种通过虚拟现实技术来进行网络的开放教学资源构建。

在高校中也建立了国家虚拟仿真实验教学项目共享平台。

本文主要是采用3ds Max软件和unity3D软件，先将三维模型建立起来，再导出到场景中进行交互，这时用户可借助计算机外设键盘鼠标和键盘，来控制水下航行器在海洋中的运动及零件展示，更为安全且直观。

关键词：虚拟现实；水下航行器；3ds Max；Unity3DAbstract

More and more people begin to call for the protection of the ecological environment, and the Marine environment has also been concerned, but most people do not know the technology and equipment related to the ocean. Part of the reason for this is that the vagaries of the ocean and the choppy waves that are impeding human exploration have made underwater vehicles a development trend. As a new and important underwater vehicle, underwater vehicle is very necessary to understand and learn it. Because of the huge costs and risks involved in conducting field experiments on real underwater vehicles, it is imperative to combine computer science with research. As a research hotspot, virtual reality (VR) can be a good cognitive device to conduct risk-free interactions. Among them, virtual simulation experiment is an open teaching resource construction based on virtual reality technology.

The national virtual simulation experiment teaching project sharing platform is also established in colleges and universities.

In this paper, 3ds Max and unity3D software are mainly used to build up the 3d model and then export it to the scene for interaction. At this time, users can control the movement of the underwater vehicle in the ocean and display its parts with the help of computer peripherals, mouse and keyboard, which is more safe and intuitive.

Key Words：virtual reality；underwater vehicle；3ds Max；Unity3D

目录

第1章 绪论 7

1.1 研究背景与意义 7

1.2 国内外研究现状 7

1.2.1 虚拟现实技术 7

1.2.2 水下航行器 9

1.3 论文主要工作 10

1.3.1 论文研究内容 10

1.3.2 论文结构安排 10

第2章 水下航行器的三维建模 11

2.1 水下航行器选型 11

2.2 三维建模软件 12

2.2.1 3ds Max概述 12

2.2.2 3ds Max界面介绍 13

2.3 水下航行器的三维建模 14

2.3.1 框架的建模 14

2.3.2 T200推进器的建模 15

2.3.3 海底LED灯和外壳的建模 16

2.3.4 模型导出 18

2.4 小结 18

第3章 水下航行器虚拟仿真实验搭建 19

3.1 水下航行器虚拟仿真实验框架 19

3.2 开发软件 19

3.2.1 Unity 3D概述 19

3.2.2 Unity 3D界面介绍 20

3.3 开发流程 21

3.3 运动控制 22

3.4 UI设计效果展示 25

3.5 小结 26

第4章 总结与展望 27

4.1总结 27

4.2展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

海洋占地球表面的绝大部分，是地球不可或缺的一般分。而陆上环境的恶劣和人类的活动无疑使其资源雪上加霜，这让人们把目光转向了海洋。但人类对海洋的了解还十分有限，海底深度分布不均匀，最深达11公里，马里亚纳海沟是世界之最，按照目前的技术水平，两千多米以下，人类无能为力，基本上是一片空白。我们不能深入的了解海洋，探索未知的海洋，丰富海洋知识，但单纯依靠人本身来完成复杂的调查是十分困难且危险的，故而我们需要辅助设备来进行工作。

近年来，随着计算机技术、控制器技术、传感器技术等的快速发展，新型的、先进的辅助装备不断涌现，例如水下航行器。它的特点我们还要一步步的去了解。了解后才能逐步更新。笔者所了解到的相关知识如下：体积相对小巧，且易于控制，非常适合高危复杂环境或狭小水域的作业任务。在海洋开发日益重要的今天，水下航行器受到世界各国的高度重视。但水下航行器的实验测试与学习推广还是存在一些困难的，如：存在安全隐患，机器操作受环境影响大，可供使用的数量少。

为了克服上述困难，本文将其与虚拟现实技术相结合，使之产生交互感，沉浸其中，便于更直观、更方便地使用。虚拟现实技术，即VR（Virtual Reality），是一种计算机界面，它试图模仿平板显示器之外的真实世界，以提供身临其境的3D（三维）视觉体验。通常是很难在静态2D图像中重建对象之间的比例和距离，而第三维有助于将深度带入对象，能与周围环境和对象发生“交互”，给人一种“身临其境”的感觉。这使得难以理解和认知的复杂设备变得简单方便。因此，基于VR的虚拟仿真实验设计市场潜力巨大，教育意义深厚。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 虚拟现实技术

由于虚拟现实应该模拟现实世界，因此重要的是要知道如何“欺骗用户的感觉”，故了解了不同的感官，刺激和感觉器官如何共同为用户提供虚拟现实之后，了解其在技术上的工作原理也至关重要。作为交互性极强的技术，VR具有强大的系统。

其系统包括硬件、VR输入输出设备、软件、音频，每个部分都发挥了它缺一不可的功能。