Nghiên cứu dựng cảnh trên hệ thống mô phỏng NTPro 5000 phục vụ đào tạo, huấn luyện sỹ quan chỉ huy tàu mặt nước tại học viện hải quân

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN
KS. LA THANH HẢI
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU DỰNG CẢNH TRÊN HỆ THỐNG MÔ
PHỎNG NTPRO 5000 PHỤC VỤ ĐÀO TẠO, HUẤN
LUYỆN SỸ QUAN CHỈ HUY TÀU MẶT NƢỚC TẠI
HỌC VIỆN HẢI QUÂN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HẢI PHÒNG – 2015


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN
KS. LA THANH HẢI
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU DỰNG CẢNH TRÊN HỆ THỐNG MÔ
PHỎNG NTPRO 5000 PHỤC VỤ ĐÀO TẠO, HUẤN

LUYỆN SỸ QUAN CHỈ HUY TÀU MẶT NƢỚC TẠI
HỌC VIỆN HẢI QUÂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: KHOA HỌC HÀNG HẢI;

MÃ SỐ: 60840106

CHUYÊN NGÀNH: BẢO ĐẢM AN TOÀN HÀNG HẢI
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Văn Lƣợng

LỜI CAM ĐOAN
HẢI PHÒNG - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc
chỉ rõ nguồn gốc. Tài liệu tham khảo và nội dung trích dẫn đảm bảo sự đúng đắn,
chính xác, trung thực và tuân thủ các quy định về bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ.
Ngày

tháng 9 năm 2015

KS. La Thanh Hải

i

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến T.S Trần Văn Lƣợng,
ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo trong suốt quá trình nghiên cứu,
thực nghiệm để hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Lãnh đạo Bộ Tham mƣu Hải
quân, Phòng Bản đồ/BTM Hải quân và gia đình đã luôn động viên giúp đỡ tôi về
tinh thần, tạo điều kiện về thời gian để tôi hoàn thành khóa học.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chƣa nhiều nên luận
văn không thể tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong tiếp tục nhận đƣợc ý kiến góp ý của
Thầy Cô giáo và đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

ii


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ......................................................................................................... i
Lời cảm ơn ............................................................................................................ ii
Mục lục .................................................................................................................. iii
Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu ................................................................... iv
Danh mục các bảng ............................................................................................... v
Danh mục các hình ................................................................................................ vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 3
6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................................................... 3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CSDL GIS 3D GIỚI THIỆU MỘT
SỐ TRUNG TÂM HUẤN LUYỆN MÔN PHỎNG ............................................. 4
1.1 Tổng quan về xây dựng CSDL 3D mô phỏng .......................................... 4
1.1.1 Ngoài nƣớc ............................................................................................. 4
1.1.2 Trong nƣớc ............................................................................................. 6
1.2 Giới thiệu một số Trung tâm mô phỏng hàng hải tại Việt Nam ............... 9
1.2.1 Trung tâm Mô phỏng HLHH tại ĐHHHVN .......................................... 9
1.2.2 Hệ thống mô phỏng tàu chiến đấu ......................................................... 11
1.2.3 Đánh giá nguồn CSDL 3D mô phỏng tại Việt Nam .............................. 14
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU 3D VÀ ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT QUANG
CẢNH MÔ PHỎNG ............................................................................................. 15
2.1 Cơ sở dữ liệu mô phỏng ............................................................................ 15
2.1.1 Khái niệm ............................................................................................... 15
2.1.2 Hải đồ hàng hải điện tử (ENC) .............................................................. 16
2.1.3 Thành phần trực quan (visual) ............................................................... 20
2.1.4 Thành phần Radar .................................................................................. 21
2.1.5 Mô hình địa hình (Sensor) ..................................................................... 21
2.2 Bộ sƣu tập cơ sở dữ liệu cảnh mô phỏng .................................................. 22
2.3 Thành phần chính, đặc điểm của quang cảng mô phỏng .......................... 23
2.4 Đặc điểm kỹ thuật quang cảnh mô phỏng ................................................. 24
2.4.1 Đặc điểm của quang cảng mô phỏng ..................................................... 24
iii


2.4.2 Yêu cầu về mức độ chi tiết của quang cảnh...........................................
2.5 Các mức độ chi tiết của quang cảnh ........................................................
2.5.1 Mức độ chi tiết cao (LOD1) ...................................................................
2.5.2 Mức độ chi tiết trung bình (LOD2) ........................................................
2.5.3 Mức độ chi tiết thấp (LOD3) .................................................................
2.6 Phần mềm sử dụng để dựng quang cảnh mô phỏng .................................

2.6.1 Phần mềm Model Wizard ......................................................................
2.6.2 Phần mềm tải ảnh vệ tinh .......................................................................
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG QUANG CẢNH 3D ....................
3.1 Cảng Cái Lân.............................................................................................
3.1.1 Thông tin cơ bản ....................................................................................
3.1.2 Đặc điểm địa hình ven bờ của khu vực ..................................................
3.1.3 Đặc điểm tuyến luồng hàng hải Hòn Gai ...............................................
3.1.4 Đặc điểm khí tƣợng, hải văn khu vực ....................................................
3.2 Chuẩn bị nội dung, dữ liệu xây dựng quang cảnh 3D ..............................
3.2.1 Sơ đồ tuyến luồng hàng hải Hòn Gai .....................................................
3.2.2 Hải đồ điện tử tuyến luồng .....................................................................
3.2.3 Hệ thống thiết bị hàng hải trên tuyến luồng...........................................
3.2.4 Mô hình 3D vật thể ................................................................................
3.2.5 Mô hình số độ cao ..................................................................................
3.3 Xây dựng quang cảnh mô phỏng 3D lối vào cảng Cái Lân ......................
3.3.1 Xây dựng quang cảnh mô phỏng ...........................................................
3.3.2 Chỉnh sửa dữ liệu hải đồ ........................................................................
3.3.3 Xây dựng yếu tố địa hình .......................................................................
3.4 Các bƣớc dựng quang cảnh 3D .................................................................
3.4.1 Quy trình dựng cảnh...............................................................................
3.4.2 Hiển thị ánh sáng đèn trên bản đồ (Light Maps) ...................................
3.4.3 Sử dụng chức năng Samaphores ............................................................
3.5 Hoàn thành quá trình dựng cảnh và trình xem cảnh .................................
3.6 Thêm các thông tin tùy chỉnh vào đặc tả HTML .....................................
3.7 Báo cáo kiểm tra khu vực hàng hải ...........................................................
3.7.1 Tiêu chuẩn chất lƣợng của khu vực thực hành ......................................
3.7.2 Thủ tục kiểm tra .....................................................................................
3.7.3 Yêu cầu báo cáo kiểm tra .......................................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................

iii

24
26
26
28
29
30
30
36
40
40
40
43
46
47
49
49
49
51
53
54
56
56
62
63
66
66
68
69

69
70
70
71
71
71
74
76


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt
3D
B.TN&MT
BTTM
CNTT
CSDL
DEM
ĐHHHVN
DNV
DWT
ECDIS
ENC
GMDSS
GPS
HQNDVN
HTMPHL
IMO
LOD
NTPro

SOLAS
STCW
TRANSAS
TTHL
UBND
VTS

Giải thích
Three-dimensional space, không gian ba chiều
Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
Bộ Tổng Tham mƣu
Công nghệ thông tin
Cơ sở dữ liệu
Digital Elevation Model, Mô hình số độ cao
Đại học Hàng hải Việt Nam
DET NORSKE VERTAS
DeadWeight Tonnage
Electronic Chart Display Information System, hệ thống hiển
thị hải đồ và thông tin điện tử
Electronic Navigation Chart, Hải đồ hàng hải điện tử
Global Maritime Distress and Safety System
Global Position System, hệ thống định vị toàn cầu
Hải quân Nhân dân Việt Nam
Hệ thống mô phỏng huấn luyện
International Maritime Organization
Level Of Detail
Navi-Trainer Professional
Safety Of Life At Sea
Standards of Training Certification and Watchkeeping
TRANsport SAfety Systems

Trung tâm huấn luyện
Ủy ban Nhân dân
Vessel Traffic Service

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số
bảng
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

Tên bảng
Độ phân giải ảnh vệ tinh dựa vào mức phóng trên GoogleMap
Thông số về hệ tọa độ WGS_1984_Web_Mercator
Danh mục thiết bị xếp dỡ cố định tại cảng Cái Lân
Bảng thông số kỹ thuật từng cầu cảng -cảng Cái Lân
Độ cao và hƣớng sóng trung bình, độ cao sóng lớn nhất
Tính chất triều một số cảng chính ven biển từ Trà Cổ đến Đà Nẵng
Tốc độ và hƣớng dòng chảy trung bình các tháng trong năm
Hệ thống Racon trên tuyến luồng
Hệ thống báo hiệu trên tuyến luồng

v

Trang
38
38
41
41
47
48
49
51
52


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Bản đồ trên nền địa hình 3D

6

1.2

Bản đồ 3D nền vờn bóng địa hình

7

1.3

Bản đồ nền vờn bóng địa hình dẫn đƣờng cho máy bay Mỹ

7

1.4

Mô phỏng 3D tình huống tác chiến

9

1.5

Mô phỏng 3D đƣờng tuần tra biên giới

9

1.6

Trung tâm Huấn luyện mô phỏng tại ĐHHH

10

1.7

Hệ thống mô phỏng ứng dụng cho Hải quân

11

1.8

Hệ thống mô phỏng tàu tên lửa Laguna 1241

12

1.9

Khoang lái tàu hộ vệ tên lửa Gepard 3.9 mô phỏng

13

1.10

Hệ thống mô phỏng huấn luyện tàu ngầm Kilo 636

14

2.1

Thành phần chính của CSDL mô phỏng 3D

15

2.2

Cửa sổ cài đặt xây dựng các thành phần CSDL 3D

16

2.3

Hải đồ điện tử S-57 sử dụng trên hệ thống ECDIS

17

2.4

Hải đồ điện tử TX-97

18

2.5

Mô phỏng khu vực hàng hải Liverpool

20

2.6

Phần dƣới nƣớc của quang cảnh mô phỏng đàn cá

20

2.7

Cơ sở dữ liệu Radar: lối vào cảng Glasgow

21

2.8

Hình ảnh bề mặt địa hình đƣợc tạo ra

22

2.9

Cửa số Import cảnh vào phần mềm từ kho CSDL 3D

22

2.10

Quang cảnh mô phỏng quân cảng Cam Ranh

23

2.11

Hình ảnh mô phỏng cầu cảng

25

2.12

Hình ảnh hải đăng: mô phỏng (trái), thật (phải)

25

2.13

Sự khác nhau giữa các mức độ chi tiết của cảnh

26

2.14

Quang cảnh ở mức độ chi tiết cao

27

2.15

Quang cảnh ở mức độ chi tiết trung bình

28

2.16

Quang cảnh ở mức độ chi tiết thấp

30

2.17

Phiên bản ECDIS

31

2.18

Phiên bản Radar

32

2.19

Phiên bản đầy đủ

32

2.20

Chức năng của phần mềm Model Wizard

34

vi


Số hình

Tên hình

Trang

2.21

Giao diện phần mềm tải ảnh vệ tinh GoogleMap

37

2.22

Ảnh vệ tinh cảng Hải Phòng tải từ GoogleMap mức 20

39

2.23

Ảnh vệ tinh Đảo Phú Lâm

39

3.1

Ảnh vệ tinh cảng Cái Lân

42

3.2

Quy hoạch cảng Hòn Gai – bến cảng tổng hợp Cái Lân

42

3.3

Sơ đồ tuyến luồng hàng hải Hòn Gai

50

3.4

Mô hình 3D cầu Bãi cháy đƣợc xây dựng bằng chƣơng
trình Google Sketchup

53

3.5

Mô hình 3D cẩu đƣợc import từ CSDL

54

3.6

Mô hình số độ cao khu vực Quảng Ninh

55

3.7

Lựa chọn giới hạn khu vực dựng cảnh

56

3.8

Cửa sổ lựa chọn hải đồ điện tử

57

3.9

Thiết lập các thông số để dựng cảnh

58

3.10

Thiết lập xây dựng các thành phần của CSDL mô phỏng

59

3.11

Các Layer hiển thị trong MW

60

3.12

Giao diện thiết lập các thông số địa hình và mô hình 3D

60

3.13

Thiết lập đƣờng dẫn kết quả tập tin xây dựng

61

3.14

Cửa sổ thiết lập xuất dữ liệu hải đồ TX-97

61

3.15

Cửa sổ chèn thông tin ngƣời dùng

62

3.16

Cửa sổ cập nhật đối tƣợng hàng hải từ dữ lệu ENC

63

3.17

Hộp hội thoại thiết lập thông số địa hình

64

3.18

Cửa sổ thiết lập thông số độ cao địa hình

65

3.19

Thiết lập bề mặt địa hình

65

3.20

Chuyển đổi dạng và bề mặt của địa hình

66

3.21

Ánh sáng cầu cảng sử dụng chức năng “Light Maps”

68

3.22

Thiết lập chức năng “Light Maps” trong “Setting”

68

3.23

Trình xem cảnh của Model Wizard

69

3.24

Thêm các thông tin khu vực hàng hải

70

3.25

Lịch sử quá trình kiểm tra

72

3.26

Cửa sổ “Test Report Editor”

73

vi


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Mô phỏng là phƣơng pháp nghiên cứu các hiện tƣợng, quá trình hoạt động
bằng cách xây dựng các mô hình tƣơng ứng và nghiên cứu chúng ngay trên các mô
hình đó. Thay cho việc phải nghiên cứu đối tƣợng thực, cụ thể mà nhiều khi là
không thể hoặc tốn kém, ngƣời ta mô hình hoá đối tƣợng đó trong phòng thí nghiệm
và tiến hành nghiên cứu dựa trên mô hình. Công nghệ mô phỏng giúp tiết kiệm thời
gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh đƣợc những trƣờng hợp rủi ro, nguy hiểm
trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trƣờng, v.v. thậm chí có thể làm
đƣợc cái không thể làm trong điều kiện thực. Trên thế giới công nghệ mô phỏng
đƣợc phát triển và ứng dụng trong nhiều ngành khoa học: toán, vật lý, mô hình hóa,
tự động, điều khiển học, v.v. đặc biệt là CNTT. Đây là công cụ đa dạng và linh hoạt
đặc biệt thích ứng với việc nghiên cứu thử nghiệm và giáo dục đào tạo.
Cùng với sự phát triển công nghệ thông tin, việc sử dụng máy tính để mô
phỏng trong các Học viện, Nhà trƣờng đã tạo ra bƣớc ngoặc lớn trong giảng dạy.
Khi chƣa đƣa công nghệ mô phỏng vào giảng dạy, sinh viên đƣợc huấn luyện, thực
tập tại các phòng thực hành theo từng chuyên ngành, một thời gian trƣớc khi tốt
nghiệp sinh viên đi thực tập, thực tế tại các tàu, công ty vận tải biển. Ƣu điểm của
phƣơng pháp này giúp sinh viên hình dung nắm đƣợc kiến thức và quy trình vận
hành khai thác các trang bị kỹ thuật, tuy nhiên phƣơng pháp này cũng bộc lộ hạn
chế, bởi sau khi học lý thuyết xong, sinh viên phải mất một khoảng thời gian gián
đoạn mới đƣợc tiếp cận với các trang thiết bị. Do đó khả năng đƣợc thực hành trên
các thiết bị, nhất là các thiết bị mới còn hạn chế, sinh viên khi ra trƣờng thời gian
đầu còn lúng túng. Khi đƣợc học tập, thực hành tại các Trung tâm Mô phỏng hiện
đại không chỉ giúp sinh viên nhanh tiếp thu kiến thức, cọ sát với thực tế mà còn rèn
luyện cho sinh viên có bản lĩnh, phƣơng pháp tác phong chỉ huy khoa học, đồng thời
tiết kiệm thời gian, nhân lực, phƣơng tiện, kinh phí, v.v. Nhờ đó, sau khi tốt nghiệp
ra trƣờng, sinh viên có kiến thức vững vàng, nhanh chóng tiếp cận đƣợc trang thiết
bị mới, không bỡ ngỡ khi thao tác trên các trang thiết bị mới trên các tàu hiện đại.
1

Trong những năm gần đây tại Việt Nam có nhiều cơ sở đạo tạo đƣợc trang bị
hệ thống mô phỏng hàng hải hiện đại phục vụ đào tạo, huấn luyện thuyền viên
cũng nhƣ có khả năng cấp chứng chỉ cho thủy thủ đoàn, thuyền trƣởng và hoa tiêu
trên các loại tàu thƣơng mại và tàu cá có trọng tải từ 500 tấn trở lên, phù hợp với
các quy định tại Công ƣớc STCW 78/95, SOLAS, công ƣớc Quốc tế về đào tạo và
các công ƣớc khác của IMO. Một số trung tâm mô phỏng điển hình nhƣ Trung tâm
mô phỏng huấn luyện hàng hải (mô phỏng buồng lái NTPro 5000, ECDIS, VTS tại
ĐHHHVN), Trung tâm mô phỏng huấn luyện tàu chiến đấu (mô phỏng tàu tên lửa
Laguna 1241.8/1241RE, Gepard 3.9 tại HVHQ), Trung tâm mô phỏng huấn luyện
tàu tàu ngầm (mô phỏng tàu ngầm Kilo 636 tại TTHL Tàu ngầm 189 Hải quân-Căn
cứ Hải quân Cam Ranh).
Khi đƣợc thực tập trên các hệ thống mô phỏng này, sinh viên đƣợc thực tập
điều khiển tàu với các cơ cấu điều khiển và hiển thị trên tàu thật, sử dụng thiết bị
hiển thị khả năng làm việc và kiểm soát các hệ thống chính trên tàu, sử dụng tín
hiệu âm thanh, ánh sáng (đèn hiệu), cờ, dấu hiệu và các hệ thống, cơ cấu khác của
tàu. Đặc biệt các khu vực thực hành đƣợc hiển thị trên màn hình 3D giúp sinh viên
hình dung một cách trực quan, sinh động, đảm bảo tính chính xác khu vực thực
hành các bài tập điều động tàu rời, cập bến, nhổ thả neo, v.v. Tính đến hết năm
2014, hãng TRANSAS (TRANsport SAfety Systems) đã xây dựng đƣợc mô hình
549 cảng trên toàn thế giới và 4 cảng ở Việt Nam (Hải Phòng, Đà Nẵng, Cam
Ranh, TP Hồ Chí Minh), để có nguồn dữ liệu mô hình cảng biển này các Trung
tâm mô phỏng phải mua dữ liệu của Nhà sản xuất bằng ngoại tệ, không tự chủ
động đƣợc nguồn cơ sở dữ liệu.
Từ những lý do trên, việc chọn đề tài “Nghiên cứu dựng cảnh trên hệ thống
mô phỏng NTPro 5000 phục vụ đào tạo, huấn luyện Sỹ quan chỉ huy tàu mặt nước
tại Học viện Hải quân” là cần thiết, phù hợp với xu hƣớng nghiên cứu, phát triển
khoa học công nghệ kỹ thuật quân sự và đáp ứng nhu cầu đào tạo huấn luyện học
viên chuyên ngành chỉ huy tàu mặt nƣớc tại Học viện Hải quân.

2


2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu phƣơng pháp dựng cảnh mô phỏng 3D cho hệ thống Mô phỏng
lái tàu NTPro 5000.
Nghiên cứu xây dựng CSDL 3D cảng biển (xây dựng thử nghiệm cho cảng
Cái Lân - Quảng Ninh).
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các đối tƣợng, thuộc tính của mô hình quang cảnh 3D các khu
vực cảng biển.
Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm cảnh 3D khu vực Cảng Cái Lân, tỉnh
Quảng Ninh.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp thực nghiệm.
Phƣơng pháp chuyên gia.
Phƣơng pháp hội thảo đánh giá.
Phƣơng pháp viễn thám.
5. Ý nghĩa khoa học
Xây dựng quy trình công nghệ dựng cảnh mô phỏng 3D bằng phần mềm
Model Wizard 5.0 cho các Trung tâm mô phỏng huấn luyện hàng hải NTPro 5000
tại Việt Nam.
Nâng cao vị thế của Việt Nam trong xây dựng CSDL quang cảnh 3D, nội địa
hóa quang cảnh mô phỏng phục vụ các Trung tâm mô phỏng huấn luyện hàng hải,
hệ thống quản lý giao thông hàng hải VTS trong nƣớc, không phải nhập ngoại;
Xây dựng dữ liệu 3D hệ thống cảng biển, tuyến luồng hàng hải của quốc gia.
6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đề tài đã thực hiện các giải pháp công nghệ thành lập cảnh mô phỏng 3D và
đề xuất quy trình công nghệ tổng thể xây dựng CSDL quang cảnh 3D từ những dữ
liệu sẵn có tại Việt Nam nhƣ hải đồ điện tử, mô hình số độ cao, ảnh vệ tinh có độ

phân giải lớn, cơ sở dữ liệu luồng hàng hải. Xây dựng thực nghiệm CSDL 3D quang
cảnh mô phỏng khu vực cảng Cái Lân, tuyến luồng hàng hải Hòn Gai – Cái Lân.
3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CSDL GIS 3D GIỚI THIỆU
MỘT SỐ TRUNG TÂM HUẤN LUYỆN MÔN PHỎNG
1.1 Tổng quan về xây dựng CSDL 3D mô phỏng
1.1.1 Nƣớc ngoài
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ mô phỏng, từ thập niên 1980 các
nƣớc phát triển bắt đầu phát triển các ứng dụng mô phỏng nhằm không chỉ đáp ứng
yêu cầu to lớn của ngành công nghiệp giải trí mà còn phục vụ nhu cầu ngày càng
tăng của đào tạo và giáo dục trong cả quân sự và dân sự.
Trên thế giới, nhiều thành phố lớn đã xây dựng mô hình 3D phục vụ các công
tác quy hoạch đô thị, xây dựng và cấp thoát nƣớc. Ngoài ra còn sử dụng để quảng bá
các danh lam thắng cảnh, giới thiệu về các địa điểm vui chơi giải trí nhằm thu hút
khách du lịch đến thăm quan. Điểm hình nhƣ thành phố Copenhagen (Đan Mạch) là một trong những thành phố du lịch nổi tiếng nhất Châu Âu và cũng là địa điểm
lựa chọn hàng đầu để tổ chức các hội nghị quốc tế. Mô hình 3D thành phố đƣợc xây
dựng đáp ứng cho nhiều ứng dụng nhƣ quy hoạch đô thị, theo dõi các dự án, quy
hoạch hạ tầng viễn thông, phân tích các yếu tố môi trƣờng, giao thông, quản lý rủi ro
cùng nhiều các ứng dụng đang dần phát triển trong lĩnh vực du lịch. Tính đến năm
2003, sau 30.000 giờ làm việc mô hình thành phố đƣợc thành lập với 130.000 ngôi
nhà, 170.000 cây độc lập với độ chính xác cao. Từ đến nay, mô hình đƣợc cập nhật
hàng năm. Với kinh nghiệm từ thành phố Copenhagen, Đan Mạch đã tiến hành
thành lập mô hình 3D trên phạm vi cả nƣớc với mức độ chi tiết khác nhau [1].
Trong thực tế, mô hình thành phố 3D đƣợc nhiều quốc gia quan tâm. Bƣớc
đầu, họ xây dựng mô hình thành phố 3D dựa trên nền bản đồ địa chính, độ cao của
các khối nhà đƣợc xác định với độ chính xác tƣơng đối từ dữ liệu có sẵn. Để tăng
cƣờng độ chính xác, độ cao các khối nhà đƣợc cập nhật từ các nguồn dữ liệu mới
nhƣ ảnh hàng không tỷ lệ lớn, ảnh chụp laser chụp từ máy bay. Mô hình 3D các

thành phố đƣợc thành lập với độ chính xác cao đƣợc cập nhật thƣờng xuyên cho
nên chi phí tƣơng đối lớn.
4


Các mô hình thành phố 3D của Mỹ đƣợc thành lập với mức độ chi tiết cao từ
cuối những năm 1990, đƣợc đăng trên các Website và các phần mềm cho phép
ngƣời dùng có thể truy cập dễ dàng qua Internet. Một trong những phần mềm điển
hình là Google Earth. Đây là kho dữ liệu khổng lồ về cảnh 3D, từ việc phát hiện
những vụ đắm tàu dƣới đáy đại dƣơng cho đến phóng to các thành phố 3D trên khắp
thế giới, các tính năng cơ bản nhƣ “bay” qua toàn bộ khu vực đô thị ở chế độ 3D;
khám phá cây 3D trên khắp thế giới với 50 loài cây khác nhau trong các công viên
thành phố, vùng lân cận và các vùng rừng núi xa xôi; khám phá những chuyến tham
quan trong mô hình 3D các tòa nhà, thành phố và các địa điểm nổi tiếng; khám phá
các hành tinh mới, thiên hà xa xôi, tìm hiểu mặt trăng, sao hỏa và xem các hình ảnh
từ NASA; xem lại các hình ảnh vệ tinh trong quá khứ; khám phá các ảnh hƣởng
tiềm ẩn của thay đổi khí hậu trên hành tinh; và nhiều tính năng khác. Phần mềm có 3
phiên bản, phiên bản Google Earth đƣợc cung cấp miễn phí, phiên bản thƣơng mại
Google Earth Pro và Google Earth Enterprise với mức phí 399 USD.
Trong quân sự việc xây dựng mô hình 3D các chiến trƣờng, tiềm lực quân
sự nhằm mô phỏng tác chiến đã đạt đƣợc nhiều thành công cho các quốc gia. Vào
trƣớc thời điểm tháng 8/1990, quân đội Mỹ đã sử dụng công nghệ mô phỏng đã
đƣa ra phân tích khả năng quân đội I-rắc tiến vào Cô-oét. Thực tế, quân đội I-rắc
đã có những hành động gần giống một trong những phƣơng án mà công nghệ mô
phỏng đã phân tích. Ngoài ra nguồn cơ sở dữ liệu 3D còn góp phần xử lý tin tình
báo, cơ động lực lƣợng và tác chiến của quân đội đa quốc gia. Thấy rõ tầm quan
trọng của công nghệ mô phỏng 3D trong các hoạt động quân sự, nhiều nƣớc trên
thế giới đang ƣu tiên phát triển công nghệ này. Quân đội nhiều nƣớc đang tăng
cƣờng mua sắm các thiết bị quân sự đi kèm các hệ thống mô phỏng và cơ sở dữ
liệu để sử dụng trong huấn luyện. Các nhà sản xuất vũ khí sẽ sản xuất các thiết bị

mô phỏng đi kèm với vũ khí mới. Quân đội Ma-lai-xi-a trƣớc khi đặt mua tàu
ngầm đã mua thiết bị mô phỏng để huấn luyện cho kíp thủy thủ.

5


1.1.2 Trong nƣớc
Những năm gần đây ở nƣớc ta có nhiều cơ quan nghiên cứu xây dựng mô
phỏng 3D nhƣ Cục Bản đồ/BTTM, Cục Bản đồ đo đạc Nhà nƣớc/B.TN&MT, các
cơ quan tập trung nghiên cứu nhiều về thành lập mô hình số độ cao (DEM) và các
ứng dụng của DEM phục vụ thành lập bản đồ địa hình, quản lý tài nguyên thiên
nhiên. DEM có độ chính xác cao phục vụ mô phỏng địa hình trong huấn luyện chiến
đấu, phục vụ cứu hộ cứu nạn, phòng chống bão lụt và mô phỏng các kịch bản nƣớc
biển dâng. Có nhiều nghiên cứu về việc thể hiện các yếu tố địa hình trong môi
trƣờng 3D. Phần lớn đƣợc xây dựng cho một khu vực nhỏ trên nền đồ họa, thƣờng
không đƣợc gán các thông tin thuộc tính. Một số sản phẩm đƣợc thể hiện giống hình
ảnh thực thƣờng gặp trong kiến trúc, quy hoạch và mô phỏng chiến truờng [1].
Một số bản đồ 3D khác đƣợc biết đến từ trƣớc năm 1975 do Mỹ sản xuất,
phục vụ dẫn đƣờng cho máy bay trinh sát, ném bom xâm lƣợc Việt Nam. Một số
sản phẩm bản đồ 3D trên nền giấy đƣợc sản xuất tại Việt Nam do Nhà xuất bản
Bản đồ. Dạng thứ nhất là Bản đồ trên nền vờn bóng địa hình, dạng bản đồ này giúp
ngƣời đọc nhận biết các yếu tố địa hình dễ dàng hơn. Dạng sản phẩm thứ hai là bản
đồ cảnh quan, lớp phủ thực vật, yếu tố giao thông đƣợc phủ lên mô hình DEM.
Trên nền địa hình số các đối tƣợng quan trọng cần làm nổi bật đƣợc thể hiện nổi
trên nền bản đồ tạo ra một nội dung rõ nét về địa hình cũng nhƣ bố cục của chuyên
đề cần thế hiện.

Hình 1.1. Bản đồ trên nền địa hình 3D
6

Hình 1.2. Bản đồ 3D nền vờn bóng địa hình

Hình 1.3. Bản đồ nền vờn bóng địa hình sử dụng dẫn đƣờng cho máy bay Mỹ
Nhận thấy đƣợc lợi ích của công nghệ mô phỏng 3D, nhiều thành phố lớn ở
nƣớc ta đã xây dựng mô hình 3D phục vụ công tác quản lý, quy hoạch đô thị. Hệ
thống thông tin địa lý Thành phố Hà Nội (HanoiGIS) đƣợc xây dựng từ ảnh máy
bay (tỷ lệ 1:8.000) và mô hình địa hình tỷ lệ 1:2.000, chiều cao của nhà và khối
7


nhà đƣợc quan tâm đặc biệt. Thông số về chiều cao này đƣợc xác định khi đo vẽ
lập thể ảnh máy bay hoặc bằng điều tra ngoại nghiệp và sẽ đƣợc lƣu trữ ở dạng đồ
họa. Tháng 8/2012 UBND TP Hạ Long triển khai dự án ứng dụng Công nghệ 3D
trong quản lý quy hoạch đô thị. Việc ứng dụng công nghệ 3D sẽ giúp quản lý TP
Hạ Long một cách đồng bộ. Sự cần thiết của việc ứng dụng công nghệ trên trong
việc quản lý đồng bộ cả cơ sở dữ liệu về đất đai và quy hoạch hạ tầng kỹ thuật.
Từ năm 2005, Cục Bản đồ/BTTM đã tiến hành nghiên cứu xây dựng phần
mềm “Viết vẽ văn kiện tác chiến trên nền địa hình 3 chiều (DMAV3D)”, bƣớc đầu
đã có thể bố trí các đối tƣợng lên bề mặt địa hình 3D; tạo ra bƣớc đột phá về công
nghệ, cho phép điều khiển các đối tƣợng hoạt động trong không gian 3 chiều nhƣ
chuyển động, bắn đạn, hiệu ứng nhấp nháy, khói nổ, v.v. Đề tài “Xây dựng sa bàn
ảo trên cơ sở nền địa hình số độ cao của Google Earth” cho phép nghiên cứu địa
hình một cách nhanh chóng, linh hoạt và trình chiếu văn kiện tác chiến trên nền địa
hình 3D. Sản phẩm này đã mô phỏng địa hình với các đối tƣợng 3D, tạo sa bàn ảo
phục vụ giảng dạy tại các Học viện nhà trƣờng trong quân đội. Năm 2007 trong
chƣơng trình “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Bản đồ số trong tác chiến không
gian 3 chiều”, đề tài đã thành công phục vụ công tác nghiên cứu, huấn luyện của
các đơn vị trong toàn quân [1].
Trong công tác phân giới cắm mốc và quản lý biên giới hiện đang sử dụng

rất nhiều tƣ liệu bản đồ giấy 2 chiều nên rất khó để hình dung dáng cao thấp của
địa hình. Trên bản đồ không gian 3 chiều (3D) tại một điểm, một tuyến có thể quan
sát từ nhiều góc khác nhau, độ khác nhau, trong khi ngoài thực địa cũng không thể
thấy đƣợc tổng quan. Năm 2012, Cục Bản đồ/Bộ Tổng Tham mƣu đã hoàn thành
bộ bản đồ không gian 3 chiều biên giới Việt Nam – Campuchia, Việt Nam – Lào
nhằm hỗ trợ công tác chuẩn bị đề xuất lãnh đạo Đảng và Nhà nƣớc về phƣơng án
đàm phán song phƣơng trong quá trình phân giới cắm mốc giữa Việt Nam –
Campuchia, tăng dày tôn tạo mốc biên giới Việt Nam – Lào.

8


Hình 1.4. Mô phỏng 3D tình huống tác chiến

Hình 1.5. Mô phỏng 3D đƣờng tuần tra biên giới
1.2 Giới thiệu một số Trung tâm mô phỏng hàng hải tại Việt Nam
1.2.1 Trung tâm Mô phỏng HLHH tại ĐHHH
Từ năm 1990 đến nay, hãng TRANSAS đã phát triển nhiều các giải pháp mô
phỏng cho ngành Hàng hải. Hệ thống mô phỏng Navi-Trainer Professional 5000
(NTPro 5000) của TRANSAS có khả năng giúp đào tạo ở mức độ thông thƣờng
hoặc chuyên sâu, từ mức độ làm quen đến nâng cao, cho phép mô phỏng huấn
9


luyện và cấp chứng chỉ cho sĩ quan trực ca, đại phó, thuyền trƣởng và hoa tiêu trên
tất cả các loại tàu. Hệ thống NTPro 5000 đáp ứng các quy định và tiêu chuẩn của
quốc tế nhƣ:
- Công ƣớc Quốc tế về các Tiêu chuẩn huấn luyện, Cấp bằng và Trực ca cho
thuyền viên STCW78 sửa đổi 2010;
- Các khóa huấn luyện theo chƣơng trình mẫu của IMO (IMO Model

Course): dẫn đƣờng Radar, tác nghiệp Radar và sử dụng ARAPA (1.07), Tác
nghiệp Tổ hợp Radar - ARAPA, buồng lái và tìm kiếm cứu nạn (1.08), vận hành
hệ thống hiển thị hải đồ và thông tin điện tử (1.27), vận hành buồng lái tích hợp
(1.32), huấn luyện thuyền trƣởng và đại phó (7.01). v.v.
- Các công ƣớc quốc tế SOLAS;
- Phù hợp với các tiêu chuẩn của DNV (DET NORSKE VERTAS) về chứng
nhận mô phỏng hàng hải 2.14.

Hình 1.6. Trung tâm Huấn luyện mô phỏng tại ĐHHH
Trung tâm mô phỏng huấn luyện tại ĐHHHVN bao gồm các hệ thống:
- Hệ thống mô phỏng vận hành buồng lái NTPro 5000;
10


- Hệ thống mô phỏng GMDSS Simulation TGS 5000;
- Hệ thống mô phỏng huấn luyện khai thác, sử dụng hải đồ điện tử NaviSailor 4000;
- Cơ sở dữ liệu cảnh mô phỏng 3D gồm 10 cảng: Boston approach, Cam
Ranh, Da Nang, Fremantle Approach, Lagos, Novorossiysk, Osaka Bay, Singapore
Strait, Uraga Suido, Yung An LNG Terminal;
- Cơ sở dữ liệu mô hình tàu mô phỏng gồm 10 mô hình: Bulk Carrier,
Offshore Rescue Vessel, Car Carrier, Fload, Bulk Carrier Panamax; Asd Tug;
Coast Guard Boat, VLCC, Container Ship Fload; LNG, OSV.
1.2.2 Hệ thống mô phỏng tàu chiến đấu
Ngoài việc xây dựng các hệ thống mô phỏng huấn luyện thực hành tàu
thƣơng mại. Hãng TRANSAS phát triển mạnh các hệ thống mô phỏng tàu chiến
đấu, đặc biệt là các loại tàu chiến do Nga sản xuất. Tại Việt Nam, các hệ thống mô
phỏng tàu chiến đấu đƣợc Bộ Quốc phòng (Quân chủng Hải quân) đầu tƣ, mua
sắm cũng với các vũ khí. Một số hệ thống mô phỏng huấn luyện tàu chiến đấu nhƣ
HTMPHL tàu tên lửa Laguna (1241RE), HTMPHL tàu tên lửa Lightning (1241.8),
HTMPHL tàu hộ tống Gepard 3.9 đặt tại Trung tâm huấn luyện mô phỏng thuộc

Học viện Hải quân và HTMPHL tàu ngầm Kilo 636 đặt tại Trung tâm Mô phỏng
huấn luyện tàu ngầm Cam Ranh.

Hình 1.7. Hệ thống mô phỏng ứng dụng cho Hải quân của TRANSAS

11


Với sự hỗ trợ của hệ thống huấn luyện mô phỏng, các học viên sĩ quan Hải
quân đƣợc học cách điều khiển tàu, bảo đảm an toàn hàng hải khi lái tàu, vận hành
các tên lửa, pháo binh, thuỷ lôi, vũ khí vô tuyến trong chiến đấu, điều khiển và vận
hành các động cơ chính, hệ thống cung cấp điện và các hệ thống khác trên tàu cũng
nhƣ đảm bảo việc cất cánh, hạ cánh của các máy bay trực thăng. Trên hệ thống
huấn luyện mô phỏng tàu chiến đấu Laguna, Lightning có thể thực hiện đƣợc bất
kỳ hình thức đào tạo, bao gồm cả đào tạo lý thuyết lẫn thực hành, huấn luyện theo
nhóm và tích hợp, có khả năng tự kiểm tra và chấm điểm kết quả luyện tập, khả
năng hoàn thiện cơ cấu tổ chức và hiệp đồng chiến đấu của thủ thuỷ đoàn. Ngoài ra
tính năng ƣu việt của hệ thống cho phép mô phỏng 56 trận chiến trong cùng một
không gian và thời gian.

Hình 1.8. Hệ thống mô phỏng tàu tên lửa Laguna 1241
Hệ thống huấn luyện mô phỏng này có ba chế độ: chế độ học tập cho từng
thủ thuỷ một, chế độ huấn luyện chiến đấu theo nhóm và huấn luyện chiến đấu cho
toàn bộ tàu khu trục theo chỉ huy của thuyền trƣởng.
Hệ thống mô phỏng bao gồm:
12


- Phòng trung tâm điều hành huấn luyện có khả năng tự động hoá cho ba
giáo viên hƣớng dẫn và đƣợc trang bị hệ thống kiểm tra khác nhau trong giáo trình

học tập, bao gồm cả hệ thống giám sát video cho phòng học;
- Mô-đun kiểm soát và điều khiển có một sa bàn toàn diện trƣớc mũi tàu và
hệ thống mô phỏng hình ảnh toàn cảnh với góc nhìn 270 độ;
- Phòng chỉ huy trung tâm, mô phỏng kiểm soát vũ khí của tàu, phƣơng tiện
nhắm bắn mục tiêu, hệ thống quản lý thông tin tác chiến, phƣơng tiện chiến tranh
điện tử và gây nhiễu thụ động;
- Các thiết bị radio, âm thanh cho phép mô phỏng cảm giác các âm thanh
giống với thực tế trên không trung cũng nhƣ dƣới nƣớc;
- Bảng điện, mô phỏng tình hình năng lƣợng và sinh lực của tàu, máy phát
điện, kiểm soát khu vực máy phát điện trung tâm;
- Cơ sở dữ liệu 3D cảnh mô phỏng: Cam Ranh, Đà Nẵng;

Hình 1.9. Khoang lái tàu hộ vệ tên lửa Gepard 3.9 mô phỏng
Hệ thống mô phỏng huấn luyện tàu ngầm Kilo 636 đƣợc đặt tại Trung tâm
huấn luyện tàu ngầm thuộc Căn cứ Hải quân Cam Ranh.
13


Hình 1.10. Hệ thống mô phỏng huấn luyện tàu ngầm Kilo 636
1.2.3 Đánh giá nguồn CSDL 3D mô phỏng tại Việt Nam
Hiện nay tại các Trung tâm mô phỏng huấn luyện hàng hải ở nƣớc ta đã và
đang phát huy có hiệu quả trong công tác đào tạo, huấn luyện, chuyển giao công
nghệ giúp học viên đƣợc thực hành, xử lý đƣợc nhiều tình huống sát với thực tế,
đảm bảo an toàn trong thực tế huấn luyện, làm chủ công nghệ trang bị và vũ khí
hiện đại trên các tàu chiến đấu của HQNDVN. Tuy nhiên nguồn cơ sở dữ liệu mô
phỏng 3D tại các Trung tâm rất ít, chƣa đa dạng về các khu vực địa lý trong nƣớc
và thế giới. Mặt khác một số quang cảnh 3D các cảng biển trong nƣớc do nƣớc
ngoài xây dựng độ chi tiết chƣa cao, không đƣợc thƣờng xuyên cập nhật sự thay
đổi của các tuyến luồng và địa hình ven biển.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU 3D VÀ ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT
14


QUANG CẢNH MÔ PHỎNG
2.1 Cơ sở dữ liệu mô phỏng
2.1.1 Khái niệm
Cơ sở dữ liệu mô phỏng (khu vực mô phỏng, cảnh mô phỏng) là một mô
hình máy tính của một khu vực không gian nhất định (theo mô hình hình học và
thuộc tính vật lý của đối tƣợng) đƣợc thiết kế để huấn luyện trong các điều kiện
của khu vực cụ thể.
Cơ sở dữ liệu mô phỏng đƣợc tạo ra từ hải đồ điện tử nhƣ hải đồ TX-97 hoặc
ENC và sẽ tự động nhận tất cả các thiết bị trợ giúp hàng hải, số độ sâu, đƣờng bình
độ sâu, v.v. có sẵn trong hải đồ gốc ban đầu. Cơ sở dữ liệu mô phỏng có thể bao
gồm cả độ phân giải cao hơn cho độ sâu và độ cao nếu có sẵn các dữ liệu này. Các
cơ sở dữ liệu mô phỏng đƣợc sử dụng cho việc học tập, nghiên cứu các cảng có độ
chính xác cao.

Hình 2.1. Thành phần chính của CSDL mô phỏng 3D
Cơ sở dữ liệu mô phỏng TRANSAS bao gồm các 4 thành phần sau: trực
quan, mô hình địa hình, radar và dữ liệu hải đồ điện tử. Bộ dữ liệu hải đồ điện tử
đƣợc tạo ra một cách tự động, trong khi đó các thành phần còn lại đƣợc xây dựng
bằng cách cài đặt khi bắt đầu dựng cảnh nhƣ sau:

15