[发明专利]基于Unigine的船舶阻力模拟方法

说明书

一种基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述方法首先采集导入船体特征，生成船体计算网格，然后利用流动控制方程、湍流数值模拟方法、湍流模型、壁面函数、自由液面模拟方法，计算船舶在特定速度下的直航阻力和横流阻力，再使用最小二乘法对得到的数值结果进行拟合，得到航速和阻力之间的对应关系，最后将船体载入虚拟场景中，按照航速和阻力之间的对应关系，通过当前航速计算船舶阻力，并将计算结果带入Unigine引擎进行动力学反馈，得到三维模拟结果。本发明综合考虑了影响船舶阻力的各项因素，并针对不同船型进行分别预处理，不仅可以准确模拟出不同船体、不同速度下的阻力特性和姿态特征，而且有效提高了帧速，使画面更加流畅。

技术领域

本发明涉及一种船舶阻力模拟仿真的方法，属于数据处理技术领域。

背景技术

船舶阻力模拟是在虚拟环境中进行船舶驱动、巡航的基础，也是建立准确的船舶运动模拟的重要一环。目前，Unigine环境下的船舶模拟方法所采用的阻力模型粗糙，仅考虑了航速因素，当船舶模型参数变更或海情参数发生变化时，不能根据当前情况更新船舶动力学特性，无法应对上述现象产生时的动力变化，从而导致船舶动力效果死板生硬、行驶和转弯特征与真实船舶差别较大等问题。且由于Unigine环境下的传统算法采用实时计算的方法，当船舶数量过大时，会出现帧率低、画面卡顿的问题，其整体模拟效果不佳，无法逼真地模拟出不同船体、不同速度下的阻力特性以及姿态特征。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于Unigine的船舶阻力模拟方法，以准确模拟不同船体在不同速度下的阻力特性和姿态特征。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述方法首先采集、导入船体特征，生成船体计算网格，然后利用预设的流动控制方程、湍流数值模拟方法、湍流模型、壁面函数、自由液面模拟方法，计算船舶在特定一组速度下的直航阻力和横流阻力，再使用最小二乘法对得到的数值结果进行拟合，从而得到航速和阻力之间的对应关系，最后将船体载入虚拟场景中，按照航速和阻力之间的对应关系，通过当前航速计算船舶阻力，并将计算结果带入Unigine引擎进行动力学反馈，从而得到三维模拟结果。

上述基于Unigine的船舶阻力模拟方法，在生成船体计算网格时，在船体附近采用非结构网格，在远离船体的区域采用结构化网格，并在网格生成时只生成船体外表面网格，舍弃船体内的额外网格。

上述基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述流动控制方程中假设海水的流动为不可压缩流动并忽略热量交换，在此假设基础上，建立质量守恒方程和动量守恒方程。

上述基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述湍流数值模拟方法采用RANS数值模拟方法。

上述基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述湍流模型使用SST模型进行求解。

上述基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述壁面函数中，由经验公式估计壁面第一个节点的位置，在对数层中，建立它与湍流核心区域之间的联系。

上述基于Unigine的船舶阻力模拟方法，所述自由液面模拟方法中，采用欧拉模型中的VOF法，引入流体体积与网格单元体积比值函数F来捕捉自由面的变化情况。

本发明综合考虑了影响船舶阻力的各项因素，并针对不同船型进行分别预处理，不仅可以准确模拟出不同船体、不同速度下的阻力特性和姿态特征，而且运算量比传统方法大大降低，从而有效提高了帧速。与传统方法相比，传统方法帧速在45.8FPS,而使用本发明则达到了61.7FPS；同时，画面还更加流畅。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的流程框图。

具体实施方式