1 / 23

Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации

Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации. Безгодов А.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Специальность 05.13.18. На защиту выносятся.

alexis
Download Presentation

Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации Безгодов А.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Специальность 05.13.18

  2. На защиту выносятся • Метод формирования визуальных динамических сцен на основе численного моделирования нелинейной динамики МО c шестью степенями свободы на нерегулярном трехмерном волнении. • Архитектура программного комплекса ВП для исследования МО в экстремальных условиях эксплуатации с поддержкой аппаратных возможностей широкоэкранных систем ВР.

  3. Актуальность • Экстремальные ситуации крайне сложно моделировать на реальных объектах • Опытовые бассейны не позволяют воспроизвести все разнообразие экстремальных явлений • Расчетные методы (ОСТ 5.1003-80) ориентированы на получение интегральных характеристик объекта  Необходимо созданиевиртуальных полигонов на основе методов компьютерного моделирования Параметрический резонанс: MS Grand Voyager Февраль 2005

  4. Адаптация методов и моделей для реалистичного воспроизведения э/с • Реалистичное воспроизведение внешних воздействий (нерегулярное волнение) • Учет нелинейных эффектов, в т.ч. обусловленных взаимодействием различных видов колебаний судна • Выполнение расчетов и визуализация в реальном масштабе времени • Сложные сценарии выполнения: переходы от штатных режимов к экстремальным • Расширяемость системы • Адаптация для систем виртуальной реальности

  5. Подходы к моделированию динамики судна WTF?

  6. Вычисление сил действующих на судно

  7. Вероятностная модель поля морского волнения • Модель Лонге-Хиггинса • Спектры: • Пирсона-Московица • JONSWAP • FFT (Крогстад) • 512 x 512

  8. Нерегулярные сетки для интегрирования сил Динамические расчеты: N = 500..1000 Статические расчеты: N = 4000..8000

  9. Синтез изображения: Морские объекты • Deferred Shading • Cook-Torrance • Shadow Mapping

  10. Синтез изображения: Морская поверхность (сетка) • CUDA CuFFT  Карта высот (Текстура)

  11. Концепция виртуального полигона Системы ввода Интегратор Анализатор 3D 2D Конструктор SciLab Модель №1 Модель №2 Модель №3

  12. Отражение Френеля (только небо) Затухание по глубине Граница сред Синтез изображения: Морская поверхность (шейдинг)

  13. Синтез изображения: Корабельные волны • Решение уравнения колебаний на регулярной сетке • Наложение на карту высот • Шейдинг с эффектом пенообразования

  14. Особенности реализации для ЦСМВ • Стерео: • GL Quad Buffer Stereo • 1x – шаг моделирования • 2x – синтез изображения для разного положения камер • Широкий экран: • MLAA

  15. Метод построения кадра • Интерпретация сценария (Lua) • Построение текущего ядра БПФ для поля волнения (CUDA CuFFT) • Построение случайной сетки для интегрирования сил • Расчет ГС и ГД сил действующих на каждый узел • Шаг интегрирования задачи движения 6-DOF твердого тела (Bullet Physics) • Визуализация поверхности моря и морского объекта (OpenGL 3.3, CgFX)

  16. Система сценариев • Интерпретатор Lua • Объекты моделирования: • «Корабль» - модель судна • «Таймер» - для постановки сложных экспериментов • Внешняя среда • Морское волнение • Объекты: • Выполняют некоторую функцию на каждом шаге • Взаимодействуютдруг с другом • Воспринимают команды пользователя

  17. Исследование ПР лагом к волне Основной ωmax = ωroll Параметрический ωmax = 2 ωroll Судно класса «катер» L x B x T = 40 x 12 x 3 м D = 600 000 кг ωroll = 1.14 рад/с ВИДЕО

  18. Исследование ПР на встречном волнении Эффект Доплера «Валкость» ωencounter = 2ωroll Судно класса «катер» L x B x T = 40 x 12 x 3 м D = 600 000 кг ωroll = 1.23 рад/с V = 20 узлов Волнение: m = 64  = 20 ω = 1.2 рад/с ВИДЕО

  19. Исследование брочинга • Судно класса «буксир» • L x B x T == 20 x 7 x 2 м • D = 120 000 кг • ωroll = 1.9 рад/с • λ = 20 м ВИДЕО

  20. Исследование брочинга (классы траекторий)

  21. Основные результаты • Развит метод численного моделирования экстремальной динамики МО с шестью степенями свободы на нерегулярном трехмерном волнении, основанный на интегрировании гидродинамических сил и моментов в нелинейной постановке на случайных сетках, допускающий интерактивное управление процессом вычислений на ВП; • Разработан метод формирования динамических сцен на основе численного моделирования динамики внешней среды и МО с учетом графических эффектов визуализации взволнованной поверхности моря и ее взаимодействия с корпусом объекта, адаптированный для применения в широкоэкранных системах ВР; • Разработана и детализирована архитектура ВП для изучения динамики МО в экстремальных условиях эксплуатации на основе модульного подхода к построению систем интерактивной визуализации; • Спроектирован и разработан программный комплекс ВП ShipX-DS, развернутый на инфраструктуре ЦСМВ СПбГУ ИТМО и продемонстрировавший свою работоспособность в ходе компьютерных экспериментов по исследованию экстремальной динамики МО в режиме основного и параметрического резонансов, а также в условиях брочинга.

  22. Вопросы?

More Related