基于solidworks的船体仿真平台设计

基于SolidWorks的船体仿真平台设计

虚拟海战场的三维船体建模与实时显示包括几何形体建模、纹理映射以及视觉效果处理等内容。本文利用VC作为开发工具，SQL Server作为舰船性能结构数据库管理软件，SoliOWorks作为图形API，通过完成一个仿真模型讨论了解决建模逼真度与仿真实时性矛盾的一些措施。

0 引言

SolidWorks采用与Windows系统全兼容的3D软件，它的三维设计功能强大，界面友好，能让使用者以简单的操作方式进行高效的产品设计。其提供的基于特征选型的参数化造型功能，更是为开发者提供了良好的开发环境。

1 系统的体系结构与模型属性

在进行船体建模时，三维模型和装配做好后，为了展示其功能或运动范围等，要进行仿真，虽然SolidWorks里有动画插件，但是只能做一般的直线运动，而对于实际试验操作中的具有复杂函数关系的运动就无法完成。针对这一问题，以军舰运动过程为例，利用Visual C++对SolidWorks进行二次开发，并引入LOD技术，使船体进行精确的仿真运动。并建立适合用户需要的SolidWorks船体仿真系统平台。

船体仿真平台开发内容可大致分为两部分：一是战场环境和实体的三维建模，二是实体模型的仿真驱动。需要解决的具体关键技术大致有：舰船三维模型的建立、海洋自然环境及战场特效的建模与实时显示、视景节点与分布式仿真系统通信接口的设计开发、视点切换设计等。

2 可视化建模方法

任何一个3D模型（即三维形体）都是由顶点、边、面3种图形元素构成的，而所有元素均以三维表示。三维形体在计算机内部的存储形式称为几何造型。在形式上，3D模型表示要包括几何数据和拓扑信息睡方面，而且两者是缺一不可的。将各种各样的数据转换为可视化工具可以处理的标准格式，这实际上是一个连续数据的离散化过程。对于连续数据的离散可以采用等值线的方法。等值线是由所有这样的点(xi，yi)定义，其中F(xi，yi)=Fi(Fi为一给定值)，将这些点按一定顺序连接组成了函数F(xi，yi)的值为Fi的等值线。本文采用https://www.wendangku.net/doc/c315542609.html,网格序列法。网格序列法的基本思想是按网格单元的排列顺序，逐个处理每一个单元，寻找每一单元内相应的等值线段，处理完所有单元后，自然就生成了该网格中的等值线分布。对于一个船体物理模型，要将其转化为容易用计算机处理的数据，可以采用以下的步骤：

1)依照设计船的船型参数，通过母型船改造法，生成设计船的船型的型值。

2)根据船体型值点，用第2节的船体线框模型设计方法，创建船体线框模型。生成的船体边界曲线和三族剖面线必须光顺，否则用曲面覆盖时会产生缝隙。

3)创建曲面片边界网格，作为各个曲面片的边界。

4)按曲面片边界网格逐个计算曲面片的控制格，最后，得到整个船体曲面的控制网格。

5)利用检查曲面光顺性的工具：渲染、高斯曲率云图或等照度线，检查曲面的光顺性，交互修改或自动光顺船体曲面的控制网格，直至船体曲面光顺。

3D几何模型用SolidWorks函数库在WINDOWS环境中实现。为保持系统的灵活性和效率，图形用户界面用MFC方式实现。船体外形、总布置和结构信息直接录入数据库中。安全评估计算的结果保存在数据库中。船体建模仿真流程图如下：

图1 建模仿真程序流程图

为了提高实时性，在映射纹理时可以采用纹理拼接和Mipmap技术。纹理拼接可以使系统只调用视点观察到的一小块纹理：Mipmap技术可产生一系列精度不同的纹理。实时仿真时，系统随着视点与目标体的距离依次调用相应大小和精度的纹理，大大节省了系统资源而不影响模型的逼真度，应用本技术后的船体仿真效果如图2所示。

图2 船体建模效果图

3 结束语

船体建模采用三维参数化软件进行设计，建立虚拟仿真环境，使分析和观察的方式变得非常直观，设计人员能尽可能在设计阶段发现问题，从而能够摆脱繁重的绘图工作。本文就开发实践中遇到的主要问题进行了讨论，提出了一些有针对性的解决方法，较好地满足了船体建模实时性和逼真度的要求，为类似系统的研究提供了相应的参考。