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(jìn)行研究，將三維立體技術(shù)與航標(biāo)的管理進(jìn)行結(jié)合，將航標(biāo)進(jìn)行虛擬模型化，實(shí)現(xiàn)足不出戶就可以對(duì)所管轄水域的航標(biāo)的進(jìn)行及時(shí)的故障預(yù)知。將航標(biāo)實(shí)際的工作運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)在三維立體水域中進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的展示，整體全方位的對(duì)水域所有航標(biāo)進(jìn)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(jìn)行簡(jiǎn)要概述，然后從構(gòu)建三維立體水域模型、數(shù)據(jù)分析、動(dòng)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(duì)航標(biāo)管理維護(hù)策略進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：三維立體技術(shù) 航標(biāo)管理 動(dòng)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(yùn)用生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中，伴隨著信息技術(shù)與生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)一步結(jié)合，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境下，海上經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易的頻繁，必然需要更加安全的航行來(lái)對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航，就必須要發(fā)揮航標(biāo)管理者在航運(yùn)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(jì)算的大發(fā)展時(shí)代顯示其不可替代的作用，可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)三維立體技術(shù)將會(huì)能夠與各行各業(yè)結(jié)合，實(shí)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(gè)視覺(jué)反映器官，在對(duì)相同事物的觀察中，因所處的三維位置不同，視覺(jué)范圍有所不同，并且對(duì)敏感光線的波長(zhǎng)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(huà)面，而雙眼觀察到事物部分的信息的二維畫(huà)面有所差異，大腦自動(dòng)的進(jìn)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(guò)遠(yuǎn)近不同的光線傳播角度，將三維立體感通過(guò)虛擬疊加與視網(wǎng)膜上。

三維立體技術(shù)主要是依靠對(duì)環(huán)境的模擬、對(duì)視覺(jué)的加工等部分組成；其中最重要的是感知認(rèn)識(shí)的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)六個(gè)自由度的模擬，從而實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的虛擬，這需要一定的計(jì)算量指引設(shè)備的運(yùn)動(dòng)。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(shí)現(xiàn)感官上的延伸，特別是視覺(jué)的延伸，實(shí)際上在技術(shù)上能夠做到的是視覺(jué)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(jì)

三維立體技術(shù)顯示的航標(biāo)與實(shí)際水域中的航標(biāo)是有局別的：實(shí)際水域中分布的航標(biāo)范圍廣，區(qū)域大，需要耗費(fèi)大量的人力與物力進(jìn)行管理，必須實(shí)地到達(dá)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(jì)算機(jī)信息技術(shù)設(shè)備，依靠通信設(shè)備實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)設(shè)備可以很快的從一個(gè)航標(biāo)切換到另一個(gè)航標(biāo)，從一個(gè)海域切換到另一個(gè)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(shí)現(xiàn)一定的操縱基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)短的培訓(xùn)，即可上手控制管理航標(biāo)。相比較與實(shí)地管理的方式，三維立體技術(shù)一經(jīng)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)，可以有效的推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，有限的促進(jìn)航運(yùn)進(jìn)一步提升安全狀況，服務(wù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?；趯?duì)其三維立體顯示技術(shù)所需的綜合功能進(jìn)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(kāi)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(shí)時(shí)計(jì)算繪制三維虛擬場(chǎng)景；兩通道的不同視差圖像通過(guò)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(guò)對(duì)時(shí)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(shí)現(xiàn)視覺(jué)上的視差，通過(guò)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(chǎng)景的生成。特別是在對(duì)特定水域在不同海況下的動(dòng)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(yuǎn)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(shí)時(shí)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(shí)間發(fā)送坐標(biāo)法，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)定發(fā)送時(shí)間，在設(shè)置好的間隔時(shí)間中通過(guò)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(shí)間，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)耗費(fèi)能量的時(shí)間，可以有效的保持航標(biāo)通信系統(tǒng)的工作時(shí)間。其次，也要航標(biāo)能夠有效的實(shí)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(hù)。要能夠穩(wěn)定的包含足夠的海況信息。3.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件環(huán)境由配備I N T E L Auadeo顯卡的高性能計(jì)算機(jī)、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(jué)信息有足夠的攝入，不至于會(huì)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(shí)間上同步在空間上符合對(duì)疊加光信息的要求，同時(shí)還要可以對(duì)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(cè)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(duì)象是航標(biāo)三維坐標(biāo)立體空間動(dòng)態(tài)信息，三維立體模型的數(shù)據(jù)來(lái)源于陀螺儀實(shí)時(shí)觀測(cè)的位置數(shù)據(jù)。經(jīng)傅里葉級(jí)數(shù)轉(zhuǎn)化和三維信息分割后，在分割的基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)一系列影像中得到航標(biāo)所處水面情況的輪廓線序列進(jìn)行傅里葉級(jí)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(jì)算機(jī)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(yàn)下，將模型讀入SolidWorks等3D編輯軟件進(jìn)行表面優(yōu)化處理。3.5算法設(shè)計(jì)

在開(kāi)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(kù)來(lái)進(jìn)行圖形信息的驅(qū)動(dòng)，利用IN T EL提供的支持OrgiGL標(biāo)準(zhǔn)的 UCQ接口軟件開(kāi)發(fā)包進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)調(diào)用INTEL顯卡接口的arcid procceferd實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射光電信號(hào)的實(shí)時(shí)控制。操作系統(tǒng)平臺(tái)為Windows 7，底層軟件驅(qū)動(dòng)為INTEL Bacedcafd inagfirdwesd driver和3DSionproited Driver，開(kāi)發(fā)環(huán)境為JAVA

立體顯示算法部分代碼實(shí)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(hào)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(jì)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(jué)*/

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(shí)時(shí)的維護(hù)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(dòng)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(duì)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(jì)，從而促進(jìn)航標(biāo)管理領(lǐng)域的健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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