系统仿真学报©JournalofSystemSimulation第21卷第21期2009年11月Vol.21No.21Nov.,2009全任务航海仿真系统的评价方法及关键技术研究尹勇,金一丞,任鸿翔,张秀凤,刘秀文,任俊生（大连海事大学航海动态仿真与控制交通行业重点实验室，大连116026）摘要：全任务航海仿真系统是一种典型的人在回路中的仿真系统，也是当今虚拟现实研究的重要应用领域。评价全任务航海仿真系统性能的优劣，主要用三个真实感：行为真实感、环境真实感和物理真实感来衡量。行为真实感由所采用的船舶运动数学模型所确定，环境真实感主要由视景系统所确定，物理真实感主要由所采用的仿真驾驶台及仪器设备所确定。详细介绍全任务航海仿真系统所涉及的关键技术：体系结构及和三个真实感衡量标准所对应的船舶运动数学模型、视景系统和仿真设备。关键词：全任务航海仿真系统；航海模拟器；虚拟现实；计算机图形学；模拟器应用中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1004-731X(2009)21-6910-05ResearchonEvaluationMethodandKeyTechnologiesofFullMissionNavigationSimulationSystemYINYong,JINYi-cheng,RENHong-xiang,ZHANGXiu-feng,LIUXiu-wen,RENJun-sheng(KeyLab.ofMarineSimulation&Control,DalianMaritimeUniversity,Dalian116026,China)Abstract:FullMissionNavigationSimulationSystemisatypicalman-in-loopsimulationsystemandalsoanimportantapplicationfieldofvirtualreality.ThreerealismspecificationsareusedtoevaluateaFullMissionNavigationSimulationSystem:behaviouralrealism,environmentalrealismandphysicalrealism.Behaviouralrealismisdeterminedbyshiphydrodynamicmathematicmodel,environmentalrealismismainlydeterminedbyvisualsystemandphysicalrealismisdeterminedbythesimulatedbridgeequipments.ThekeytechnologiesusedintheFullMissionNavigationSimulationSystemwereintroduced:systemarchitecture,shiphydrodynamicmathematicmodel,visualsystemandequipmentssimulated.Keywords:FullMissionNavigationSimulationSystem;NavigationSimulator;VirtualReality;ComputerGraphics;ApplicationofSimulator环境真实感和物理真实感。其中，航海模拟器的行为真实感主要由所采用的船舶运动数学模型所确定，环境真实感主要由视景系统所确定，物理真实感主要由所采用的仿真驾驶台及仪器设备所确定。DNV标准中对航海模拟器的功能、行为真实感、环境真实感和物理真实感均提出了很高的要求。本文详细介绍了全任务航海仿真系统所涉及的关键技术：体系结构及和三个真实感衡量标准所对应的船舶运动数学模型、视景系统及仿真设备等。1关键技术全任务航海仿真系统的性能指标参照DNV制定的航海引言国际海事组织（IMO）的海员培训发证和值班标准国际公约（简称STCW78/95公约）[1]已于1997年2月1日生效。STCW78/95公约较大篇幅地增加了使用航海模拟器从事航海教学与培训、进行适任评估的内容。中国是IMO的理事国，有义务履行IMO的各种公约，这势必会促使我国航海院校、各类培训中心想方设法购置航海模拟器。但由于购置模拟器的价格十分昂贵，从80年代后期开始，我们开始了自行研制航海模拟器的历程，以打破少数发达国家对我国航海模拟器市场的垄断，提高我国在航海模拟器研发、应用航海模拟器进行航海教学与培训、开展相关科学研究方面的国际地位，也为我国虚拟现实研究提供一个成功的范例。经过二十余年努力，我们先后研制了雷达/ARPA模拟器[3]、船舶操纵模拟器[4-5]和全任务航海仿真系统[6-8]。全任务航海仿真系统的性能指标根据国际著名船级社——挪威船级社（DNV）最高等级（A级）功能完备船舶操纵模拟器的性能标准2.14[2]制订。根据该性能标准，评价航海模拟器性能的优劣，主要用三个真实感来衡量，它们分别是行为真实感、模拟器认证标准2.14,并在此基础上根据近年来计算机技术、仿真技术、图形技术、虚拟现实技术等的快速发展以及对这些技术发展趋势的正确估计，制定了合理的体系结构和可行的技术方案。1.1全任务航海仿真系统的体系结构全任务航海仿真系统采用先进的分布交互仿真（DIS）和高...