本发明涉及一种基于知识工程的船舶装备射界及视界设计方法，属于基于catiav6平台的船舶三维设计、基于三维模型的干涉检查等。
背景技术：
1、现阶段装备射界及视界公开论文的研究现状：(1)文献《舰载武器装备安全射界测量与设计》基于信号采集方式在实船武器装备计算安全射界，但这种方法并不适用于前期设计过程中装备的安全射界及视界计算，导致无法在设计过程获得装备布置的最优方案；(2)文献《基于catia的飞机座舱视界直线如绘制方法研究》提出了等效视界球法计算飞机座舱的视界，但由于船舶甲板上设备装置数量庞大繁杂，较难获得有效的等效射界及视界球。(3)文献《基于catia二次开发的民机驾驶舱视界分析》提出的方法生成一系列视线矢量，测量视线矢量与水平面的夹角以及过视线矢量的铅锤面与飞机对称面之间的夹角，将其分别作为俯仰角和方位角，从而生成驾驶舱视界图，该方法同文献2类似，在复杂的船舶设备布置场景的适用性并不强。
2、现阶段舰船装备射界及视界设计计算还主要依靠cad二维图纸进行测量与计算，主要存在以下问题：(1)二维计算方法效率低下，并不具备计算结果更新迭代，当装备布置方案发生变化使，需要重新计算。(2)二维图纸中设备的简化轮廓无法真实反映真实设备样式导致计算结果存在误差。(3)二维计算方法无法考虑的子弹口径、射击曲线、安全碰撞距离等进阶设定。
技术实现思路
1、针对现阶段舰船装备射界及视界设计计算适应度差、效率低、准确性低的问题，提出了一种基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法。
2、本发明的技术方案为：
3、一种基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，以视觉几何模型间干涉检查判断算法为基础，判断装备射击及视线轨迹与船体模型碰撞情况进而计算装备安全射界及视界；包括以下步骤：
4、步骤1：根据船舶装备射界及视界计算特性，创建装备射击及视线轨迹参数化模板；
5、步骤2：搭建射界及视界计算模型节点，包括需要计算的设备模型、射击及视线轨迹模型以及船体模型；并通过读取装备布置信息快速生成装备的动态射击及视线轨迹，并设置需要计算的旋转及俯仰角度范围；
6、步骤3：将射击及视线轨迹模型及船体模型转化为3d rep视觉模型，并计算定义好的俯仰及旋转角范围内，射击及视线轨迹模型与船体模型的干涉情况，并获得计算结果；
7、步骤4：将计算结果输出；
8、步骤5：根据计算结果绘制装备射界及视界图，计算结果可以通过效能评估进行优化装备布置方案。
9、进一步的，步骤1具体为：
10、基于catia v6平台的干涉检查功能，装备的射击及视线以刚体模型状态进行模拟，为了实现不同类型、不同定位的船舶装备射界及视界范围计算，装备的射击及视线轨迹模型需要能够实现参数化变换，包括：装备射击及视线轨迹起始定位点坐标参数、装备旋转轴与俯仰轴定位点坐标参数；装备射击口径参数；装备射击轨迹模式参数四类参数。
11、进一步的，四类参数的定义方式及命名参照如下步骤：
12、步骤s1.1：定位点定义
13、创建装备射击及视线轨迹模板时，由于不同装备的样式存在差异，将射击及视线刚体轨迹特征的起始定位坐标进行参数化定义，起始定位坐标的参考点为装备模型的坐标原点，起始定位点命名为“射击起点坐标”，坐标参数命名为“x、y、z”；
14、步骤s1.2：旋转轴与俯仰轴定义
15、为了实现射击及视线刚体轨迹特征随装备不同旋转与俯仰状态进行变化，在模板模型中创建旋转轴与俯仰轴，需要对旋转中心点坐标与俯仰中心点坐标进行参数化定义，旋转中心点坐标命名为“旋转轴定位点”，坐标参数命名为“x、y、z”；俯仰中心点坐标命名为“俯仰轴定位点”，坐标参数命名为“x、
16、
17、步骤s1.3：射击口径定义
18、考虑到装备射击口径、雷达模型尺寸的影响，射击及视线刚体轨迹特征模拟为圆柱体，对装备射击口径进行参数化定义，参数命名为“射击口径”；
19、步骤s1.4：射击模式定义
20、射击及视线刚体轨迹采用两种不同射击模式进行模拟，一种状态为“直线轨迹”，满足视线轨迹模拟、武器射击弹丸不受重力加速度影响下的模拟；另一种状态为“曲线轨迹”，满足武器设计弹丸受射击速度与重力加速度影响下的模拟；对射击模式进行参数化定义，实现两种射击轨迹的切换，参数命名为“射击模式”，同时需要对“曲线轨迹”下的设计速度进行参数化定义，参数命名为“射击速度”；
21、射击及视线轨迹参数化模板模型节点创建完毕后，将该模型节点命名为“射击及视线轨迹模板”，存放在catia v6平台的公共协作区，方便不同实船项目调用。
22、进一步的，步骤2具体为：
23、计算节点结构树组织形式中，计算根节点下包含了三个子节点，分别是装备模型节点、船体模型节点及射击及视线轨迹模型节点，各模型节点具体内容及创建方法参照如下步骤：
24、步骤s2.1：创建射界及视界范围计算模型节点
25、在catia v6平台对应的项目协作区创建装备射界及视界计算的节点product，用户可自行命名；该节点下创建用于插入武器设备模型的节点，命名为“武器设备节点”；及插入船体模型的节点，命名为“船体节点”；
26、步骤s2.2：插入装备模型节点
27、在武器设备节点下插入需要计算射界及视界的装备模型，装备模型的布置位置要与实船定位保持一致；
28、步骤s2.3：插入船体模型节点
29、在船体节点下插入船体模型，包含船体结构，甲板表面设备、铁舾件模型；
30、完成射界及视界范围计算模型节点搭建后，该节点可重复利用，可以用于计算其他装备射界及视界；也可以对装备定位布置进行优化迭代并计算射界及视界。
31、进一步的，步骤3具体为：
32、射界及视界范围计算流程为：通过读取装备模型信息，定义装备射击及视线轨迹模型的初始定位；以及射击起始点、旋转轴与俯仰轴参数信息；生成射击及视线计算节点，若计算射界，可定义射击轨迹模式为曲线或直线；同时读取船体模型；将射击及视线计算模型与船体模型转化为3d rep视觉模型；定义轨迹旋转角度与俯仰角度计算范围与步长；进行干涉检查计算，获得各角度下射击及视线轨迹模型与船体模型的干涉结果。
33、进一步的，步骤3具体为：
34、装备射界及视界计算具体步骤如下：
35、s3.1：读取武器设备定位信息
36、在完成计算节点搭建后，选择需要计算射界及视界的装备模型，读取该装备模型在实船布置的位移矩阵，用于后续调用射击及视线轨迹模板并定位；
37、s3.2：定义射击轨迹初始化信息
38、根据装备模型信息，定义射击及视线轨迹模板模型所需要的射击起点坐标、俯仰轴定位点、旋转轴定位点坐标参数信息；
39、s3.3：生成射击及视线计算节点
40、根据射击及视线轨迹模板模型名称，在catia v6平台内搜索该模板节点，结合装备定位位移矩阵与初始化相关的坐标参数；自动在射界及视界范围计算模型节点下创建装备射击范围节点，并插入射击及视线轨迹模板模型，通过参数化控制，使射击及视线轨迹特征定位在装备的起点坐标；
41、s3.4：定义计算角度范围与步长
42、根据实际计算需求，定义装备射界及视界计算的初始角度范围，与迭代角度步长，后续计算是，射击及视线轨迹将根据该角度范围与迭代角度步长，变换轨迹位置与船体进行干涉检查来判断轨迹与船体是否产生碰撞；
43、s3.5：定义射击模式
44、根据装备特性与实际计算需求，自定义射击模式选择“直线轨迹”或曲线轨迹；
45、s3.6：计算射界及视界范围
46、结合定义的装备射击及视线轨迹模型相关参数，调用catia v6平台干涉检查功能进行碰撞判断；首先提取装备射击及视线轨迹模型与船体模型的3d rep模型，装备射击及视线轨迹3d rep模型与船体3d rep模型间作干涉检查，并获得干涉检查结果，根据定义的角度范围与迭代步长，逐步循环迭代计算，直至计算完毕；
47、s3.7预览计算结果
48、经过迭代计算后的各角度下的计算结果会在程序界面出现预览，可以选择不同角度模式下实施观察装备射击及视线轨迹与船体的碰撞情况。
49、进一步的，步骤4具体为：
50、在完成装备射击及视线轨迹模型与船体模型间的干涉检查计算后，将各个俯仰角、旋转角下的计算结果输出至excel表格文件中；计算结果包括clash、contact“clanrance”与“safe”四种结果；输出的数据包括计算序号、俯仰角度、旋转角度以及干涉结果；在根据excel表格计算结果应用数据处理软件绘制射界及视界图。
51、本发明的有益效果在于：
52、本发明重点在于应用视觉几何模型干涉判断的模拟计算方法，及符合船舶射界计算的射击轨迹参数化模板的搭建与应用。
53、本发明主要在于射界或视界计算方法上，首先应用视觉几何模型进行模型间的干涉判断用于模拟射击或视线轨迹是否与船体结构发生碰撞，能够真实可靠的反应计算结果，并且该方法无需对船体三维模型进行理想化处理不受模型限制，对于计算类似船舶拥有复杂设备布置的场景具备优势；
54、其次射击或视线轨迹参数化模板的应用，可以动态模拟判断射击或视线轨迹各角度下的状态，并且能够快速应用与不同船型及设备的射界及视界计算。
55、具体如下：
56、1)使用视觉几何模型干涉检查判断射击/视线轨迹与船体的干涉情况，有效的提高了程序运行效率，缩短角度变换循环迭代的计算时间，提高计算效率；
57、2)根据读取装备定位自动生成射击/视线轨迹刚体模型模板，模板可以反复调用，极大的减少了手动绘制轨迹的工作量，并结合参数化控制，提高了优化迭代效率；
58、3)在计算装备射界及视界过程中，可以根据实际计算需求更改角度迭代步长，灵活提高计算效率，同时支持设置接近碰撞距离、射击口径/视线半径、射击速度等进阶参数，增加计算结果的准确性。
59、4)本发明支持装备射界及视界计算结果输出，结果数据可以供其他仿真计算分析使用，例如装备效能评估等。
60、5)经测试模型验证，该测试模型传统基于cad二维图纸的装备射界及视界图绘制方法耗时30分钟，采用本发明的绘制方法耗时5分钟，效率提升约600％。
1.一种基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，以视觉几何模型间干涉检查判断算法为基础，判断装备射击及视线轨迹与船体模型碰撞情况进而计算装备安全射界及视界；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，四类参数的定义方式及命名参照如下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，步骤2具体为：
5.根据权利要求1所述的基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，步骤3具体为：
6.根据权利要求5所述的基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，步骤3具体为：
7.根据权利要求1所述的基于catia v6的船舶装备射界及视界设计方法，其特征在于，步骤4具体为：
