耙吸挖泥船实时施工中三维显示方法 技术领域：
本发明涉及为耙吸挖泥船施工提供三维耙臂、三维测深图的方法。
背景技术
耙吸挖泥船配备耙臂指示系统对耙吸挖泥船施工起到了很大的指导作用，尤其是在“扫浅”阶段，该阶段一般是在工程的收尾阶段，整个航道的水深基本达到设计水深，只有少量“浅点”，即部分区域水深较浅。“扫浅”是指根据测量出的水深文件，将水深较浅的区域使用不同的颜色标注以指导耙吸挖泥船施工。原有系统都建立在二维平面的基础上，在某些测量系统中存在三维显示的功能，但都是后处理系统，不能应用于实时施工。
耙吸挖泥船的耙臂位置指示系统显示侧面观察图和顶部观察图，即显示垂直方向和水平方向的耙臂状态。对于耙吸挖泥船的操耙手来说，这样的显示不够形象，特别是在挖掘边线时的显示不够形象。对于耙吸挖泥船的驾驶员来说，平面的耙臂指示功能不足，“扫浅”的时候，驾驶员需要控制船的运动，使耙头能够随船运动到“浅点”上，驾驶员就需要耙臂姿态、耙头位置、船体位置、“浅点”位置的信息作为依据，而目前的平面定位系统仅能提供耙臂、耙头在水平面的投影位置以及只能通过颜色区分深浅的二维“浅点”位置，这样的显示同样不够形象，直接影响“扫浅”的精度和效率。
【发明内容】
本发明针对目前耙臂指示系统存在显示不够形象的问题，需要通过船体和耙臂的三维模型的建立和实时信号，来实现准确实时的耙臂姿态显示，真实的还原耙管在水下的姿态，并且通过测深文件构建三维测深图，立体显示航道内水深情形。
本发明的技术方案包括耙臂指示系统信息采集，通过与测深文件的接口获得测深数据，通过船体配置文件的接口获得船体和耙臂参数数据，并接入实时定位和耙臂数据，其特征是采用OpenGL进行三维建模，实时在系统计算机中显示三维模型。
本发明建立的实时三维模型，可在系统中任意计算机上显示，本发明保留原来通过颜色区分深浅的功能，三维的视觉效果能使深浅更加一目了然，还能够形象的显示出耙头是否超深、三维显示过耙后泥层的自动削减。三维视图不仅为驾驶员操纵耙吸挖泥船进行施工提供帮助，对操耙手也有实际指导意义。
【具体实施方式】
本发明的技术方案包括耙臂指示系统信息采集，通过与测深文件的接口获得测深数据，和船体配置文件的接口获得船体和耙臂参数数据，并接入实时定位和耙臂数据，采用OpenGL进行三维建模，建立实时的三维模型在系统中的计算机中显示。三维图形的显示对于计算机的要求较高，整个船舶的三维显示刷新时间较长，在1.6G主频CPU，512M内存的情况下，刷新一幅界面需要600ms左右，对于实时系统是不能够忍受的。可通过以下处理提高显示速度：将整个图形显示分为8个功能块，每个功能块包含一个局部的功能：左操耙手三维侧视图；左操耙手三维后视图；右操耙手三维侧视图；右操耙手三维后视图；驾驶员视图；装舱图；局部耙头视图；前端预览图。每个功能块再局部使用完整的三维视图，而在其不关注的部分采用消隐或粗化处理，以提高显示速度。例如在左操耙手三维侧视图中，右耙管及泥门等设备被消隐，而A字架等设备粗化处理。
高精度的施工需要采用多波束测量数据支持，多波束测量的数据量非常庞大，对于10km的航道数据量大约有200M字节，将数据完全显示在屏幕上是不可能的。本发明采用逐步读入和分段显示的方式进行处理。对于耙吸挖泥船而言，仅需要关注本船前后300米、左右100米附近的情况，软件系统可在海量文件中使用快速查找的方式将此矩形内的测量点查找出来，并显示在屏幕上，此过程完全由一个后台程序独立执行，不影响主程序的运行，此过程与VCD的读出过程类似。
耙管指示系统从软件与耙管指示硬件信息和定位硬件信息接口获得耙头在测深图中的具体位置，当耙头在挖掘过程中，测深图上相应的数据应该被改变。在此过程中，使用无级处理方式是不可能的。系统将耙头划分为1×1(可以设置)的单元格，例如耙头长度为3米，宽度为2米，实际上每次耙头过耙后，将有6个测深色块的深度将被覆盖为当前的耙头深度。
由于测深文件为海量数据文件，不能在每次过耙时进行写文件操作(容易导致硬盘死锁或系统崩溃)，过耙数据将首先保持在内存中，每次从挖泥状态变为非挖泥状态时再由后台程序写入文件。
测深文件为矩阵文件，使用矩阵显示比较直观，三角型显示则立体感更强。施工过程中，实现测深文件的实时处理与显示，达到立体逼真的效果。由于耙吸挖泥船一般比较长(100米以上)，在深度差异较小的情况下(如30cm)，从100多米远处查看30cm的高度差异是不明显的。采用了一个局部放大的图形用于显示局部的放大情况。根据挖泥船的工作特性，可以在距离驾驶员200米(可设置)正前方设置一个局部的区域(如50米宽，20米长，可设置)，将驾驶员的视角虚拟到该局部的区域内。由于放大的作用，此时前方200米的局部区域的水深变化将看得很清楚。