CN113433835A - 基于unity3d的水下潜水器视景仿真系统及方法 - Google Patents
基于unity3d的水下潜水器视景仿真系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113433835A CN113433835A CN202010206977.4A CN202010206977A CN113433835A CN 113433835 A CN113433835 A CN 113433835A CN 202010206977 A CN202010206977 A CN 202010206977A CN 113433835 A CN113433835 A CN 113433835A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- submersible
- information
- attitude
- model
- obstacle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 17
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 13
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
- G06T17/05—Geographic models
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Abstract
本发明属于视景显示与仿真技术领域，尤其涉及一种基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真软件及方法。其中所述方法包括建立潜水器模型，导入到图像引擎中；使用真实地形文件建立三维地形；使用UNITY3D图像引擎，构建海底的环境；对输入的潜水器数据进行处理，实时显示潜水器的姿态和位置；计算潜水器的高程和障碍物信息，提供给外部，以进行避障处理。本发明一方面可以辅助潜水器操作员进行操作，提供重要的辅助信息；另一方面也应用在测试阶段的仿真航行，它可以反馈海底的障碍信息，提供高程深度数据。在设计，论证，测试，实用各个阶段中，视景仿真软件都具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于视景显示与仿真技术领域，尤其涉及一种基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真软件及方法。
背景技术
在水下机器人的领域，大部分使用VEGAPRIME进行视景仿真。UNITY3D广泛应用于三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画制作中，是一个全面整合的专业游戏引擎。两相比较，首先，UNITY3D在渲染能力上要远强于VEGAPRIME；其次，UNITY3D还拥有丰富的插件库，大量第三方开发人员为UNITY3D开发插件，提供技术支持。使用插件，或者在其基础上进行二次开发，节省了人力和时间。这也是优于VEGA PRIME的。单纯作为图像引擎使用，UNITY3D是更先进的一种技术。
发明内容
本发明提供了一种基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真软件及方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真方法，包括以下步骤：
潜水器模型导入：建立潜水器模型并导入三维显示模块；
海底地形导入：根据海底地形文件建立三维海底地形模型并导入三维显示模块；
构建海底环境：三维显示模块构建海底地形；
显示潜水器实时姿态和位置：潜水器定时向通讯模块发送当前的姿态和位置信息，通讯模块接收到潜水器的姿态和位置信息后，根据信息中航向角、俯仰角和翻滚角显示当前潜水器的姿态，根据经纬度显示潜水器运动；
潜水器仿真测试：仿真模块仿真出潜水器的高程信息和障碍信息，并发送给潜水器，用于潜水器根据上述信息进行导航和避障。
使用UNITY3D图像引擎构建潜水器模型和海底环境。
所述高程信息通过以下步骤得到：
仿真模块中，获取潜水器的姿态和位置信息，以当前位置为起点向海底平面做垂线，垂线与海底地形的交点为碰撞点，潜水器位置和碰撞点的距离就是潜水器的高程信息。
所述障碍信息通过以下步骤得到：
仿真模块中，以潜水器位置为原点，与潜水器前进方向成不同设定角度构建多条射线，射线与物体或者海底地形相交时，产生的交点为碰撞点，通过碰撞点产生障碍信息；所述障碍信息表示潜水器前方障碍相对潜水器的相对位置和距离。
仿真模块将高程信息或障碍信息的获取步骤通过三维显示模块进行显示。
基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真系统，包括：
三维显示模块，用于导入潜水器模型和地底地形文件并实时显示；
通讯模块，用于通过与潜水器实时通讯，获取潜水器的姿态和位置信息，并发送给三维显示模块以及仿真模块；
仿真模块，用于根据潜水器的姿态和位置信息以及地底地形文件生成潜水器前方的障碍信息和潜水器距离海底的高程信息并发送给潜水器。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明可以辅助潜水器操作员进行操作，提供重要的辅助信息。
2.本发明可以应用在测试阶段的仿真航行，它可以反馈海底的障碍信息，提供高程深度数据。
3.UNITY3D相比现在使用的技术，渲染效果更好，营造出的视景更加真实。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明仿真方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真系统及方法，该方法包括:
1.潜水器模型导入
2.地形导入
3.构建海底环境
4.显示潜水器实时姿态和位置
5.进行仿真，提供高程信息和障碍信息。
目前此套方法及系统已经运用于全海深ARV项目中，并已经通过南海4500米级海试验证。
1.潜水器模型导入：使用solidworks或者blender建立模型，之后转换为FBX文件，导入到UNITY3D。也可以使用其他软件进行建模，只要能导出UNITY3D支持的三维模型格式即可。但一般潜水器设计时，都使用solidworks比较方便。Solidworks导出wrl模型或者stl模型，之后在blender中转换为FBX模型。最后此模型导入到视景仿真软件的三维显示模块中。
2.地形导入：把海底地形文件放入globalmapper中，之后变换为灰度图文件，灰度值为深度。将此灰度图jpg文件导入到UNITY3D中，选择合适的分辨率，建立三维海底地形。最后此三维地形导入到视景仿真软件的三维显示模块中。
3.构建海面和海底环境。为了实现海面，需要建立一个立方体，立方体内范围为海底，立方体的上表面借由AQUAS插件提供的材质和shader营造出海水流动的效果。海底效果主要通过FOG效果来营造水底的光线很暗的环境，还可以通过扭曲图像的方法，来模拟光线在水下折射的感觉。可以通过体积光插件HxVolumetric来实现灯光的丁达尔效果。这些都在视景仿真软件的三维显示模块中完成。
4.显示潜水器的实时姿态和位置。潜水器与视景仿真软件进行通讯，潜水器定时向视景仿真软件发送当前的姿态和位置信息。视景仿真软件的通讯模块接收到姿态和位置信息后，直接根据航向角，俯仰角，翻滚角显示当前潜水器的姿态；将经纬度变换为UNITY3D中的位置，显示潜水器的运动。
5.如图2所示，潜水器进行仿真测试时，视景仿真软件的仿真模块会计算出提供高程信息和障碍信息，这些信息会提供给潜水器。在仿真的世界中，潜水器向正下方发射射线，射线和海底地形发生碰撞的位置，称为碰撞点。潜水器中心和碰撞点的距离就是潜水器的高程信息。同理，以潜水器为原点，扇形向前发射多条射线，射线在遇到物体或者海底时，会产生碰撞点，通过碰撞点产生障碍信息。障碍信息表示潜水器前方障碍的相对位置和距离，这些信息发送给潜水器，潜水器根据这些进行导航和避障。
一种基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真系统及方法，建立潜水器模型，导入到图像引擎中；使用真实地形文件建立三维地形；使用UNITY3D图像引擎，构建海底的环境；对输入的潜水器数据进行处理，实时显示潜水器的姿态和位置；计算潜水器的高程和障碍物信息，提供给外部，以进行避障处理。
使用solidworks或者blender建立模型，之后转换为FBX文件，导入到UNITY3D。
通过globalmapper将各种格式的地形文件，转换成高程图文件。高程图文件为灰度图JPG文件，灰度代表深度。
使用UNITY3D图像引擎，构建海底的环境，实现海面和海底的视觉效果。
在实际航行时，根据潜水器的实时数据，显示潜水器的姿态和位置。
在进行仿真模拟时，计算潜水器的高程和障碍物信息，提供给外部，以进行避障处理。
视景仿真系统主要包括三维显示模块，通讯模块，仿真模块。三维显示模块主要用来显示潜水器和海底视景；通讯模块与潜水器进行实时通讯，在潜水器下潜时，获取潜水器的姿态和位置信息；仿真模块在仿真测试时，计算潜水器前方的障碍信息和距离海底的高程信息。
Claims (6)
1.基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
潜水器模型导入：建立潜水器模型并导入三维显示模块；
海底地形导入：根据海底地形文件建立三维海底地形模型并导入三维显示模块；
构建海底环境：三维显示模块构建海底地形；
显示潜水器实时姿态和位置：潜水器定时向通讯模块发送当前的姿态和位置信息，通讯模块接收到潜水器的姿态和位置信息后，根据信息中航向角、俯仰角和翻滚角显示当前潜水器的姿态，根据经纬度显示潜水器运动；
潜水器仿真测试：仿真模块仿真出潜水器的高程信息和障碍信息，并发送给潜水器，用于潜水器根据上述信息进行导航和避障。
2.根据权利要求1所述的基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真方法，其特征在于，使用UNITY3D图像引擎构建潜水器模型和海底环境。
3.根据权利要求1所述的基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真方法，其特征在于，所述高程信息通过以下步骤得到：
仿真模块中，获取潜水器的姿态和位置信息，以当前位置为起点向海底平面做垂线，垂线与海底地形的交点为碰撞点，潜水器位置和碰撞点的距离就是潜水器的高程信息。
4.根据权利要求1所述的基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真方法，其特征在于，所述障碍信息通过以下步骤得到：
仿真模块中，以潜水器位置为原点，与潜水器前进方向成不同设定角度构建多条射线，射线与物体或者海底地形相交时，产生的交点为碰撞点，通过碰撞点产生障碍信息；所述障碍信息表示潜水器前方障碍相对潜水器的相对位置和距离。
5.根据权利要求3或4所述的基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真方法，其特征在于，仿真模块将高程信息或障碍信息的获取步骤通过三维显示模块进行显示。
6.基于UNITY3D的水下潜水器视景仿真系统，其特征在于，包括：
三维显示模块，用于导入潜水器模型和地底地形文件并实时显示；
通讯模块，用于通过与潜水器实时通讯，获取潜水器的姿态和位置信息，并发送给三维显示模块以及仿真模块；
仿真模块，用于根据潜水器的姿态和位置信息以及地底地形文件生成潜水器前方的障碍信息和潜水器距离海底的高程信息并发送给潜水器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010206977.4A CN113433835A (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 基于unity3d的水下潜水器视景仿真系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010206977.4A CN113433835A (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 基于unity3d的水下潜水器视景仿真系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113433835A true CN113433835A (zh) | 2021-09-24 |
Family
ID=77752546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010206977.4A Pending CN113433835A (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 基于unity3d的水下潜水器视景仿真系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113433835A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117311191A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-12-29 | 潜行创新(成都)机器人科技有限公司 | 一种无人遥控潜水器场景模拟系统及其方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202331057U (zh) * | 2011-10-21 | 2012-07-11 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种水下机器人辅助控制系统 |
| CN103064296A (zh) * | 2011-10-21 | 2013-04-24 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种水下机器人辅助控制系统 |
| CN103559339A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-05 | 中国海洋石油总公司 | 海洋石油水下生产虚拟仿真系统 |
| CN104407521A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-03-11 | 河海大学常州校区 | 一种实现水下机器人实时仿真的方法 |
| CN107230409A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-10-03 | 国家深海基地管理中心 | 基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法 |
| CN109189057A (zh) * | 2018-07-03 | 2019-01-11 | 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 | 一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统 |
| CN110618685A (zh) * | 2019-10-25 | 2019-12-27 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种无人水面艇障碍物探测误差修正及安全避碰方法 |
-
2020
- 2020-03-23 CN CN202010206977.4A patent/CN113433835A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202331057U (zh) * | 2011-10-21 | 2012-07-11 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种水下机器人辅助控制系统 |
| CN103064296A (zh) * | 2011-10-21 | 2013-04-24 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种水下机器人辅助控制系统 |
| CN103559339A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-02-05 | 中国海洋石油总公司 | 海洋石油水下生产虚拟仿真系统 |
| CN104407521A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-03-11 | 河海大学常州校区 | 一种实现水下机器人实时仿真的方法 |
| CN107230409A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-10-03 | 国家深海基地管理中心 | 基于载人潜水器模拟器的潜航员训练系统及训练方法 |
| CN109189057A (zh) * | 2018-07-03 | 2019-01-11 | 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 | 一种深海爬游机器人自主避障仿真实验系统 |
| CN110618685A (zh) * | 2019-10-25 | 2019-12-27 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种无人水面艇障碍物探测误差修正及安全避碰方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117311191A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-12-29 | 潜行创新(成都)机器人科技有限公司 | 一种无人遥控潜水器场景模拟系统及其方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108401461B (zh) | 三维建图方法、装置、系统、云端平台、电子设备和计算机程序产品 | |
| CN103456041B (zh) | 一种基于s-57电子海图数据的三维地形和雷达地形生成方法 | |
| CN109685891B (zh) | 一种基于深度图像的建筑物三维建模与虚拟场景生成方法及系统 | |
| CN107966693B (zh) | 一种基于深度渲染的车载激光雷达仿真方法 | |
| Liarokapis et al. | 3D modelling and mapping for virtual exploration of underwater archaeology assets | |
| CN102568026B (zh) | 一种多视点自由立体显示的三维增强现实方法 | |
| Bruno et al. | Development and integration of digital technologies addressed to raise awareness and access to European underwater cultural heritage. An overview of the H2020 i-MARECULTURE project | |
| CN109271893A (zh) | 一种仿真点云数据的生成方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN103168309A (zh) | 使用gps和dsm的2d到3d图像和视频转换 | |
| CN114170393A (zh) | 基于多种数据的三维地图场景搭建方法 | |
| CN104157011A (zh) | 一种三维地形建模方法 | |
| EP4191538A1 (en) | Large scene neural view synthesis | |
| Mel et al. | Workflows for virtual reality visualisation and navigation scenarios in earth sciences | |
| CN113433835A (zh) | 基于unity3d的水下潜水器视景仿真系统及方法 | |
| CN109064556B (zh) | 一种面向isr的地貌高精度仿真建模系统 | |
| CN113269883B (zh) | 基于二维剖面和catia的bim三维地质建模方法 | |
| CN113052965A (zh) | 三维地形重建方法 | |
| CN116740490A (zh) | 基于声呐方程的侧扫声呐图像样本扩增及目标检测方法 | |
| CN114595572B (zh) | 基于层次化海洋数据的水下机器人虚拟环境仿真方法 | |
| Xie et al. | Towards differentiable rendering for sidescan sonar imagery | |
| Zhou et al. | Simulation platform for usv path planning based on unity3d and a* algorithm | |
| Giannakidis et al. | 3D photorealistic scientific visualization of tsunami waves and sea level rise | |
| CN113870426A (zh) | 一种三维空间坐标转换方法、存储介质和计算装置 | |
| CN109840943B (zh) | 三维可视化分析方法及系统 | |
| Siegel et al. | Superimposing height-controllable and animated flood surfaces into street-level photographs for risk communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210924 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |