方 逊 李红祥 李 昊

(1.武汉理工大学航运学院,湖北武汉 430063;2.武汉船舶职业技术学院,湖北武汉 430050)

虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language,VRML)是第二代WWW 的标准语言,用来在网络上创建逼真的三维虚拟场景,实现了3D的动画效果,改变了当前网络与用户交互的局限性,使得人机交互更加方便、灵活,使虚拟世界的真实性、交互性和动态性得到了充分的体现[1]。VRML还提供了一个Script脚本节点,通过该节点可以实现复杂交互和逻辑控制等功能[1～2]。

陀螺罗经在提供船舶航向中占非常重要的地位,其结构复杂,传统教学只是停留在对平面图形的演示和说明,这成为了航海专业的学生学习陀螺罗经的瓶颈。本文以阿玛-勃朗MK10型陀螺罗经为例,利用VRML的各种造型节点进行陀螺罗经主要部分三维结构的仿真,使用VRMLScript语言实现了灵敏部分、随动部分和主轴指北过程的交互式仿真。

1 灵敏部分的交互式仿真

灵敏部分由陀螺球、浮动平衡环和金属扭丝等组成。灵敏部分的仿真可以使学习者更易于了解陀螺仪的3自由度结构及电磁控制力矩的产生方法。

1.1 结构的三维仿真设计

陀螺马达高速旋转的自转轴是陀螺球的主轴,在水平方向上与主轴相垂直的水平扭丝是陀螺球的水平轴,在垂直方向上与主轴相垂直的垂直扭丝是陀螺球的垂直轴,三轴相交于陀螺球的中心[3]。由于陀螺球、浮动平衡环和水平垂直扭丝均为对称平衡,并且灵敏部分的重心与陀螺球的中心相重合,因此灵敏部分是一个3自由度的平衡陀螺仪。……