三维立体技术在航标管理方面的运用

孙林

摘 要：本文就三维立体技术在航标方面的应用进行研究，将三维立体技术与航标的管理进行结合，将航标进行虚拟模型化，实现足不出户就可以对所管辖水域的航标的进行及时的故障预知。将航标实际的工作运行状态参数在三维立体水域中进行实时动态的展示，整体全方位的对水域所有航标进行模拟。本文首先就三维立体技术的基本原理、工作模式和主要作用进行简要概述，然后从构建三维立体水域模型、数据分析、动态操作等几方面阐述三维立体技术的具体应用，最后对航标管理维护策略进行探讨。

关键词：三维立体技术 航标管理 动态模拟

1.引言

随着信息科学技术的发展，其极大地普遍运用生产实践活动中，伴随着信息技术与生产活动的进一步结合，生产效率进一步提高。在世界经济发展的大环境下，海上经济与贸易的频繁，必然需要更加安全的航行来对经济的发展保驾护航，就必须要发挥航标管理者在航运保障上不可替代的作用。三维立体技术，在大数据与云计算的大发展时代显示其不可替代的作用，可以预见的未来三维立体技术将会能够与各行各业结合，实现大发展，具有极大的应用前景。

2.三维立体技术原理

人体的两个视觉反映器官，在对相同事物的观察中，因所处的三维位置不同，视觉范围有所不同，并且对敏感光线的波长液有所区别。这就可以使得同一客观景物信息在人大脑中形成三维画面，而双眼观察到事物部分的信息的二维画面有所差异，大脑自动的进行加工。将客观事物的三维立体信息映射于脑中，而眼中的物体通过远近不同的光线传播角度，将三维立体感通过虚拟叠加与视网膜上。

三维立体技术主要是依靠对环境的模拟、对视觉的加工等部分组成；其中最重要的是感知认识的实现。通过对六个自由度的模拟，从而实验对环境的虚拟，这需要一定的计算量指引设备的运动。感知是指人们最期待的三维立体技术，能够帮助使用者实现感官上的延伸，特别是视觉的延伸，实际上在技术上能够做到的是视觉模拟。

3.三维立体技术在航标管理的应用分析

3.1立体显示方案设计

三维立体技术显示的航标与实际水域中的航标是有局别的：实际水域中分布的航标范围广，区域大，需要耗费大量的人力与物力进行管理，必须实地到达航标附近去查看；而三维立体显示技术下，航标管理人员只需在特定的控制室，依靠计算机信息技术设备，依靠通信设备实时性的分配了解航标的工作情况。在仿真操作下，控制人员依靠计算机设备可以很快的从一个航标切换到另一个航标，从一个海域切换到另一个海域，可以在虚拟的三维空间中从不同角度观察航标所处的水域情况，控制人员只需实现一定的操纵基础，经过简短的培训，即可上手控制管理航标。相比较与实地管理的方式，三维立体技术一经技术上实现，可以有效的推动产业升级，有限的促进航运进一步提升安全状况，服务经济的发展。基于对其三维立体显示技术所需的综合功能进行分析，本文选择INTEL公司提出的基于差分法原理的三维立体显示技术开发构建航标管理的三维立体技术部件。

在物理原理的构建步骤中，首先利用视差图像实时计算绘制三维虚拟场景；两通道的不同视差图像通过专业显卡交替显示在显示器上。即使用ss模式（并排）显示，将左侧图像的奇列放置在输出图像的左侧，通过对时差分析重构，将非奇数列的每一帧图形光学信息传递至右侧。只有使得奇数列与偶数列实现视觉上的视差，通过专用的控制者所佩戴的设备捕捉不同的影像光学信息就可以构建三维立体显示。这样，保证了控制器头脑中立体三维立体显示场景的生成。特别是在对特定水域在不同海况下的动态显示，能较好地展现其工作状况及其与航道之间的远近、纵深以及空间结构分布关系，从而使控制人员获得航标更加全面的立体分布信息。

3.2传输航标的实时位置信息

在航标三维空间信息的传输中，现阶段最常使用的间隔时间发送坐标法，通过计算机自动设定发送时间，在设置好的间隔时间中通过通信设备发送三维坐标信息。但是要考虑航标所具备的能量，要足够支持航标能够稳定的传输信息。这就要求要合理的设定间隔时间，适当的延长耗费能量的时间，可以有效的保持航标通信系统的工作时间。其次，也要航标能够有效的实现寻址，主要应用于所管辖区域内有故障的航标，如浮标移位等故障；该信息主要适用于所管辖海域正常的航道的维护。要能够稳定的包含足够的海况信息。3.3系统设计

系统硬件环境由配备I N T E L Auadeo显卡的高性能计算机、刷新率超高的光电转换设备、同步光信息发射装置、异步显示头戴设备等组成。足够的显示器刷新率可以有效的保证控制着所获取的视觉信息有足够的摄入，不至于会导致头晕，并利用同步光信息发射装置可以有效的保证双眼获取的光信息在时间上同步在空间上符合对叠加光信息的要求，同时还要可以对发射装置能够游侠的调节其发射三维角度，这样才可以满足不同控制者接受光信息视网膜所处测得不同位置信息。

3.4模型数据

三维立体虚拟技术航标管理系统需要立体显示的对象是航标三维坐标立体空间动态信息，三维立体模型的数据来源于陀螺仪实时观测的位置数据。经傅里叶级数转化和三维信息分割后，在分割的基础上进行二维海平面上航标分布和所管辖区域的外线绘制，对一系列影像中得到航标所处水面情况的轮廓线序列进行傅里叶级数处理和三维空间叠加生成，就完成初步的航标水面的三维几何模型。由于经计算机三维重建算法处理的三维立体航标水域模型的表面可能并不光滑，所以需在有关数据的检验下，将模型读入SolidWorks等3D编辑软件进行表面优化处理。3.5算法设计

在开发的三维立体虚拟技术航标管理系统中，采用OrgiGL函數库来进行图形信息的驱动，利用IN T EL提供的支持OrgiGL标准的 UCQ接口软件开发包进行软件开发，通过调用INTEL显卡接口的arcid procceferd实现对发射光电信号的实时控制。操作系统平台为Windows 7，底层软件驱动为INTEL Bacedcafd inagfirdwesd driver和3DSionproited Driver，开发环境为JAVA

立体显示算法部分代码实现如下：

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

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

/*获取三维立体坐标信息位置*/

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 （ ）；/*载入光信号属性*/

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）

/*计算三维立体坐标*/

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）；/*生成立体视觉*/

MakeLighting（）；

MakeGeometry（）；

4.结论

为了有效保障海上船舶的安全航行，有效利用三维立体技术搭建航标管理系统，可以实时的维护航标的正常工作，从而引导船舶安全的在既定水域通行，也能够使的有效的监管所管辖水域航行的船舶动态情况，为海上交通线提供更加安全便捷的保障。为此可以对航标管理系统的通讯方案、總体功能和布局结构给予有效设计，从而促进航标管理领域的健康长远发展。

参考文献：

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