舰载火炮作为传统舰载武器,具有射速高、反应快、载弹量大、拦截近限小、作战效费比高等其他舰载武器不具备的优势。其中,中小口径的舰载火炮主要用于应对空中、海面突防,以及打击近距海上目标;大口径的舰载火炮主要用于支援水面火力和轰击岸上远程目标。现阶段我国海上力量不断增强,舰载火炮在海战中的攻防作用不断凸显。因此,加大军事舰艇训练投入,提高训练成效对于增强海上作战能力有着重要意义。随着我国对海洋权益的关注以及国内外船舶仿真技术的发展,实现船舶操作模拟器在军事领域的充分应用,使海军能在室内进行身临其境的编队对抗战术训练,以加快我国海军人才培养及技能提高,舰载火炮模拟应运而生。模拟训练是计算机技术和仿真技术融合的产物,已经成为军事领域重要的训练手段。按照舰艇对火炮系统的要求,模拟一个真实的舰载火炮进行仿真训练,不仅减低了训练成本,更重要的是在安全性上有了更大的保障。本文的主要研究工作如下:(1)对舰载火炮进行半实物化仿真。利用真实炮管模型及炮塔与视景系统中虚拟视点相结合的方式,将角度采集设备与真实炮管模型绑定并提取炮管的角度数据,再根据真实炮管模型实时角度变化控制计算机屏幕上虚拟炮管的运动。(2)根据外弹道数学模型,快速解算外弹道曲线并将数据三维可视化显示。外弹道曲线的精确程度是舰载火炮仿真的重点。在真实海洋环境下,由于炮弹在飞行过程中受到多种外力,包括风力、湿度、温度、弹形系数等作用,炮弹的飞行轨迹并非简单的抛物线。此外,外弹道数学模型较为复杂,解算过程相对繁琐,因此解算的方法将会对系统的实时性有很大影响。本文从多方面考虑了各种因素对弹道轨迹的影响,将各类影响因素参数化带入外弹道数学模型,并使用较为适当的方法快速解算曲线,在提高解算速度的同时保证了曲线的精确性。(3)弹丸与目标间的碰撞检测。飞行中的炮弹具有的运动速度快、弹道曲线上离散点多的特性,需要频繁快速的进行三维物体间的碰撞检测。单一的碰撞检测算法在大型三维场景中难以保证效率,因此需要对碰撞检测算法进行组合和加速。本文根据不同的炮击目标,采用不同的碰撞检测方法,以达到加速碰撞检测的目的,基本实现系统实时性要求。(4)火焰、烟雾等粒子效果。逼真的粒子效果是仿真真实感提升的重要手段,炮弹是否命中目标通过弹着点位置的火焰和烟雾来反映。本文利用成熟的粒子系统库构建粒子效果,并结合多种图元,在保证帧率的情况下提升火焰、烟雾等效果的真实感。本文基于OSG开源引擎建立三维海洋场景,通过外设IMU获取角度数据模拟炮台转动,根据外弹道数学模型实时解算并模拟炮弹飞行曲线,利用碰撞检测技术以及对其算法的优化实现炮弹与目标间的实时碰撞检测,使用粒子特效模拟火焰爆炸等情况,实现了船艇仿真训练系统中火炮的模拟。