三維立體技術(shù)在航標(biāo)管理方面的運用

孫林

摘 要：本文就三維立體技術(shù)在航標(biāo)方面的應(yīng)用進行研究，將三維立體技術(shù)與航標(biāo)的管理進行結(jié)合，將航標(biāo)進行虛擬模型化，實現(xiàn)足不出戶就可以對所管轄水域的航標(biāo)的進行及時的故障預(yù)知。將航標(biāo)實際的工作運行狀態(tài)參數(shù)在三維立體水域中進行實時動態(tài)的展示，整體全方位的對水域所有航標(biāo)進行模擬。本文首先就三維立體技術(shù)的基本原理、工作模式和主要作用進行簡要概述，然后從構(gòu)建三維立體水域模型、數(shù)據(jù)分析、動態(tài)操作等幾方面闡述三維立體技術(shù)的具體應(yīng)用，最后對航標(biāo)管理維護策略進行探討。

關(guān)鍵詞：三維立體技術(shù) 航標(biāo)管理 動態(tài)模擬

1.引言

隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其極大地普遍運用生產(chǎn)實踐活動中，伴隨著信息技術(shù)與生產(chǎn)活動的進一步結(jié)合，生產(chǎn)效率進一步提高。在世界經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境下，海上經(jīng)濟與貿(mào)易的頻繁，必然需要更加安全的航行來對經(jīng)濟的發(fā)展保駕護航，就必須要發(fā)揮航標(biāo)管理者在航運保障上不可替代的作用。三維立體技術(shù)，在大數(shù)據(jù)與云計算的大發(fā)展時代顯示其不可替代的作用，可以預(yù)見的未來三維立體技術(shù)將會能夠與各行各業(yè)結(jié)合，實現(xiàn)大發(fā)展，具有極大的應(yīng)用前景。

2.三維立體技術(shù)原理

人體的兩個視覺反映器官，在對相同事物的觀察中，因所處的三維位置不同，視覺范圍有所不同，并且對敏感光線的波長液有所區(qū)別。這就可以使得同一客觀景物信息在人大腦中形成三維畫面，而雙眼觀察到事物部分的信息的二維畫面有所差異，大腦自動的進行加工。將客觀事物的三維立體信息映射于腦中，而眼中的物體通過遠近不同的光線傳播角度，將三維立體感通過虛擬疊加與視網(wǎng)膜上。

三維立體技術(shù)主要是依靠對環(huán)境的模擬、對視覺的加工等部分組成；其中最重要的是感知認識的實現(xiàn)。通過對六個自由度的模擬，從而實驗對環(huán)境的虛擬，這需要一定的計算量指引設(shè)備的運動。感知是指人們最期待的三維立體技術(shù)，能夠幫助使用者實現(xiàn)感官上的延伸，特別是視覺的延伸，實際上在技術(shù)上能夠做到的是視覺模擬。

3.三維立體技術(shù)在航標(biāo)管理的應(yīng)用分析

3.1立體顯示方案設(shè)計

三維立體技術(shù)顯示的航標(biāo)與實際水域中的航標(biāo)是有局別的：實際水域中分布的航標(biāo)范圍廣，區(qū)域大，需要耗費大量的人力與物力進行管理，必須實地到達航標(biāo)附近去查看；而三維立體顯示技術(shù)下，航標(biāo)管理人員只需在特定的控制室，依靠計算機信息技術(shù)設(shè)備，依靠通信設(shè)備實時性的分配了解航標(biāo)的工作情況。在仿真操作下，控制人員依靠計算機設(shè)備可以很快的從一個航標(biāo)切換到另一個航標(biāo)，從一個海域切換到另一個海域，可以在虛擬的三維空間中從不同角度觀察航標(biāo)所處的水域情況，控制人員只需實現(xiàn)一定的操縱基礎(chǔ)，經(jīng)過簡短的培訓(xùn)，即可上手控制管理航標(biāo)。相比較與實地管理的方式，三維立體技術(shù)一經(jīng)技術(shù)上實現(xiàn)，可以有效的推動產(chǎn)業(yè)升級，有限的促進航運進一步提升安全狀況，服務(wù)經(jīng)濟的發(fā)展?；趯ζ淙S立體顯示技術(shù)所需的綜合功能進行分析，本文選擇INTEL公司提出的基于差分法原理的三維立體顯示技術(shù)開發(fā)構(gòu)建航標(biāo)管理的三維立體技術(shù)部件。

在物理原理的構(gòu)建步驟中，首先利用視差圖像實時計算繪制三維虛擬場景；兩通道的不同視差圖像通過專業(yè)顯卡交替顯示在顯示器上。即使用ss模式（并排）顯示，將左側(cè)圖像的奇列放置在輸出圖像的左側(cè)，通過對時差分析重構(gòu)，將非奇數(shù)列的每一幀圖形光學(xué)信息傳遞至右側(cè)。只有使得奇數(shù)列與偶數(shù)列實現(xiàn)視覺上的視差，通過專用的控制者所佩戴的設(shè)備捕捉不同的影像光學(xué)信息就可以構(gòu)建三維立體顯示。這樣，保證了控制器頭腦中立體三維立體顯示場景的生成。特別是在對特定水域在不同海況下的動態(tài)顯示，能較好地展現(xiàn)其工作狀況及其與航道之間的遠近、縱深以及空間結(jié)構(gòu)分布關(guān)系，從而使控制人員獲得航標(biāo)更加全面的立體分布信息。

3.2傳輸航標(biāo)的實時位置信息

在航標(biāo)三維空間信息的傳輸中，現(xiàn)階段最常使用的間隔時間發(fā)送坐標(biāo)法，通過計算機自動設(shè)定發(fā)送時間，在設(shè)置好的間隔時間中通過通信設(shè)備發(fā)送三維坐標(biāo)信息。但是要考慮航標(biāo)所具備的能量，要足夠支持航標(biāo)能夠穩(wěn)定的傳輸信息。這就要求要合理的設(shè)定間隔時間，適當(dāng)?shù)难娱L耗費能量的時間，可以有效的保持航標(biāo)通信系統(tǒng)的工作時間。其次，也要航標(biāo)能夠有效的實現(xiàn)尋址，主要應(yīng)用于所管轄區(qū)域內(nèi)有故障的航標(biāo)，如浮標(biāo)移位等故障；該信息主要適用于所管轄海域正常的航道的維護。要能夠穩(wěn)定的包含足夠的海況信息。3.3系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)硬件環(huán)境由配備I N T E L Auadeo顯卡的高性能計算機、刷新率超高的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、同步光信息發(fā)射裝置、異步顯示頭戴設(shè)備等組成。足夠的顯示器刷新率可以有效的保證控制著所獲取的視覺信息有足夠的攝入，不至于會導(dǎo)致頭暈，并利用同步光信息發(fā)射裝置可以有效的保證雙眼獲取的光信息在時間上同步在空間上符合對疊加光信息的要求，同時還要可以對發(fā)射裝置能夠游俠的調(diào)節(jié)其發(fā)射三維角度，這樣才可以滿足不同控制者接受光信息視網(wǎng)膜所處測得不同位置信息。

3.4模型數(shù)據(jù)

三維立體虛擬技術(shù)航標(biāo)管理系統(tǒng)需要立體顯示的對象是航標(biāo)三維坐標(biāo)立體空間動態(tài)信息，三維立體模型的數(shù)據(jù)來源于陀螺儀實時觀測的位置數(shù)據(jù)。經(jīng)傅里葉級數(shù)轉(zhuǎn)化和三維信息分割后，在分割的基礎(chǔ)上進行二維海平面上航標(biāo)分布和所管轄區(qū)域的外線繪制，對一系列影像中得到航標(biāo)所處水面情況的輪廓線序列進行傅里葉級數(shù)處理和三維空間疊加生成，就完成初步的航標(biāo)水面的三維幾何模型。由于經(jīng)計算機三維重建算法處理的三維立體航標(biāo)水域模型的表面可能并不光滑，所以需在有關(guān)數(shù)據(jù)的檢驗下，將模型讀入SolidWorks等3D編輯軟件進行表面優(yōu)化處理。3.5算法設(shè)計

在開發(fā)的三維立體虛擬技術(shù)航標(biāo)管理系統(tǒng)中，采用OrgiGL函數(shù)庫來進行圖形信息的驅(qū)動，利用IN T EL提供的支持OrgiGL標(biāo)準(zhǔn)的 UCQ接口軟件開發(fā)包進行軟件開發(fā)，通過調(diào)用INTEL顯卡接口的arcid procceferd實現(xiàn)對發(fā)射光電信號的實時控制。操作系統(tǒng)平臺為Windows 7，底層軟件驅(qū)動為INTEL Bacedcafd inagfirdwesd driver和3DSionproited Driver，開發(fā)環(huán)境為JAVA

立體顯示算法部分代碼實現(xiàn)如下：

MAILCRROSD （ vision. pa，vision. pt，r）；

PR I Ns p ot（v i s ion. R+ a . vision. r+t ）

/*獲取三維立體坐標(biāo)信息位置*/

Stringise （ &t;）；

classexcent

r. x*=vision. tomgdione/7.4；

r. y*=vision. tomgdione/7.4；

r. z*=vision. tomgdione/5.6；

glexcent（GL_ expriend）；

glredritIdentity （ ）；/*載入光信號屬性*/

e d r t y = p a f e d * w d 2 -0.5*vision. tomgdione* eswerl；

p d r t y = r a f e d * w d 2 -0.5*vision. tomgdione* eswel；

on=op5；

in=-op5；

glTwedyte （ edrty，pdrty，in，on，nearl，farl）；

glTwedrtgy（tomgdione）

/*計算三維立體坐標(biāo)*/

g l M a t r i x e d r t y G L（_ rtygferu）；

glDrweawpridev（GL_SERY EDRTY）；

glZwers（GL_FRESE_CEPPY_ DRTHYL_

DEPTH_DYTHYL_TRE）；

glpruedfIdentity（）；

gluLookAt （ vision. pa. x+ r.x，vision.pa. y+ r.y，vision. pa.z+

r.z

vision. pa. x+ r. x+vision. pt.x，

vision. pa. y+ r. y+vision. pt.y，

vision. pa. z+ r. z+vision. pt.z，

vision. pa. x，vision.pa.y，vision.pa.z）；/*生成立體視覺*/

MakeLighting（）；

MakeGeometry（）；

4.結(jié)論

為了有效保障海上船舶的安全航行，有效利用三維立體技術(shù)搭建航標(biāo)管理系統(tǒng)，可以實時的維護航標(biāo)的正常工作，從而引導(dǎo)船舶安全的在既定水域通行，也能夠使的有效的監(jiān)管所管轄水域航行的船舶動態(tài)情況，為海上交通線提供更加安全便捷的保障。為此可以對航標(biāo)管理系統(tǒng)的通訊方案、總體功能和布局結(jié)構(gòu)給予有效設(shè)計，從而促進航標(biāo)管理領(lǐng)域的健康長遠發(fā)展。

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