第 23 屆海洋工程研討會論文集個立成功大學民國 90 年 12 月Proce旭 dingsof the 23rdOceanEngineeringConferenceinTaiwan，Republicof ChinaNationalChengKungUniversity December，2001

以虛擬實境技術輔助水下遙控潛具導航之研究

薛憲文 l 王兆璋 2 洪嘉蕙 3

摘要

目前在進行人工魚礁效益評估的時候，大多使用潛水人員或水下搖控潛具 (Remotely

Operated Vehicles ; ROV)進行調查。但由於水下工作危險性高，不適合人員長久工作;而 ROV

則缺乏操作簡便的導航裝置，不易到達指定位置進行作業，使得調查工作不易進行。為了改善

此一問題，本文將 ROV 原有的深度計及磁羅經輔以其他的感測器，包括:水下聲納定位儀、

全球衛星定位系統、船隻姿態、收集儀、以及電羅經等，以外部定位的方式解決 ROV 的定位問

題。並利用多音束測深儀高密度的資料來回復海床地形及人工魚礁的位置及方位，以虛擬實境

的技術來呈現 ROV 、海床地形與人工魚、礁在海洋環境中的分布情況及動態行為。本文嘗試將虛

擬實境技術應用於水下遙控潛具，做為操作時的人機界面。實驗結果證實虛擬實境之人機介面

模式可以真實的呈現出 ROV 在三度空間中的位置，並即時的提供 ROV 座標位置、航行時的提

示及避障訊息等，有效的改善載具的操控能力，對於提昇 ROV 的效能有極大的助益。

Applying Technology of Virtual Reality to theNavigation ofRemotely Operated VehiclesShiahn-Wern Shyue Chau-Chang Wang Chia-Hui Hung

ABSTRACT

When evaluating the benefits ofthe artificial reefs，the generally is performed by sending diversor using Remotely Operated Vehicles (ROV). But to do the observation work，the deep sea is toodangerous for human being to work longer time，and ROV has no capable navigation system. Sounderwater survey became difficulty. The thesis integrates LXT Tracking System，Global PositioningSystem，Motion Sensor，Gyro Compass and the ROV original sensors such as : pressure sensor andmagnetic compass to resolve the navigation problem ofROV ，together with the high-density data ofMultibeam echo sounder to rebuild the status of the seabed and artiJicial reefs. The thesis tries toapply the technology of Virtual Reality (VR) in ROV to being the interface. The results demonstratethe VR interface can display the position of ROV in three-dimensional space actually. And it canshow the position of ROV navigation and warning message in real time when sailing. So the VRNavigation System will improve the ability of operating ROV greatly.

l國立中山大學海洋壞境及工程學系副教授2國立中山大學海下技 f.1tÏ研究所副教授

3國立中山大學海洋壞境及工程研究所研究生-593-

一、手者論已

水下遙控潛具 (Remotely Operated Vehicles ;

ROV) 是一種由水面上人員藉由電纜傳送電力及訊

號至遠端，操控水下作業的一種無人潛具(鄭、邱，

1997) "ROV 最初的發展是用於外海油田的檢修工

作，而近期則在漁業、海洋生態、海底地質、淺水

等環境調查的使用上有逐漸普及的趨勢。本校海科

院於民國 78 年購買科學用途之 ROV' 型號為 Deep

Sea MiniRover MK lI' 主要用於海底觀測及標本採

集，本身具有個推進器、攝影機、及燈光等，並有

一機械手臂可做特殊的用途，其重量約 30旬，而最

大潛航深度約為 150m"其定位方式僅靠艇上所配備

的磁羅經 (Magnetic f1ux-gate Compass) 及深度計

( Pressure Sensor) 去量測方位及深度，無法立即、

準確的執行空間定位工作，常增加調查的困難度。

本文將 ROV 輔以水下聲納定位儀 (LXT Tracking

System) 特殊的水下定位功能、及全球衛星定位系

統 (Global Positioning System) 、船隻姿態收集器

(Motion Sensor) 、電羅經(Gyro Compass) 等感

測器，建立一虛擬實境操作介面之導航系統。導航

系統以外部定位的方式計算 ROV 的水下座標，利

用多音束測深儀( Multibeam Echo Sounder) 探測海

底地形及海底特徵物，建立海底之虛擬實境場景，

並在此場景中即時更新 ROV 的實際座標、方位，

真實的反應出 ROV 於三維空間中之動態行為。本

導航系統加入航行時與週遭地形及障礙物的提示及

避障訊息，做為潛具導航的依據。此功能可使 ROV

在濁度高或能見度低之水域，仍能完成指定工作。

目前虛擬實境的發展多是將虛擬實境應用在工安訓

練上，由於虛擬實境可以提供學習者一個安全、視

覺化、互動的學習環境，並且可以模擬各種危險的

情況，是一高效能之學習輔助工具。因此，本文建

立虛擬實境介面型態之 ROV 導航系統，可以提供

潛具操作者更便利之操作模式，可將 ROV 的操控

功能發展至最大，並降低各種因操作不當所引起的

儀器毀損。

二、導航系統硬體架構

本文所整合之 MiniRover MK 1I*下定位模式

包括艇上所裝配之深度計與磁羅經，及其他定位輔

助感測元件(水下聲納定位儀、船隻姿態收集儀、

電羅經、以及全球定位系統等外部定位資料) (覺，

1999) "這些回傳資料經由電腦進行數據的處理與

定位的計算，並提供潛具周圍環境的即時訊息作為

導航的依據。系統的硬體架構如圖 l所示。

工作船土設備

， J@l- ..⋯..⋯⋯⋯水干遙控潛具 '-1 訊答

聲波

水下設備

圖 l 系統硬體架構圖

2.1 水下聲納定位儀為了獲得潛具的位置座標，必須使用水下聲納

定位儀輔以 GPS 定位。本文所周之水中聲學定位系

統為*下定位聲納定位儀 (ORE Intemational LXT

Tracking System) ，其所使用的定位方式為超短基

線方式。裝置包括復合式發訊器、水聽器、訊號處

理器、及連接水聽器及訊號處理器的纜線，其中的

複合式發訊器可依需要切換為應答模式或詢答模

式。*聽器內部則包含三個接收單元及一個發射單

元，可接收及發射聲波訊號。訊號處理器可將量測

到的數據經由 RS-232-C 介面傳送至電腦。

LXT 系統使用超短基線方式，藉由量測音波訊

號抵達兩接收器之相位差，而求得水車夾角 α 及下沉角戶，並由聲波往返時間求得與詢答器之斜距

SR "α 、戶及 SR{直由訊號處理器透過 RS232 序

列介面輸出至電腦，依 LXT 使用手冊說明經下列的

運算，便可計算出應答器相對於母船上*聽器之座

標的位置座標( X ，Y )

-594-

衛星

HR = SR cos ß ' 6205 ，ß 三900

HR=.J 否可h2 or = SR cos(sin-I 土).00 至 ß 5，62。SR

X = HR'eosαY = HR-sinα

其中 hl為小艇深度 -7./<.聽器深度HR 漏水平距離

LXT 水下聲納定位系統在水中聲速為

1500m/see 時，其儀器 SR之平均誤差為 11meter

而 α 角之平均誤差為 15度以內。

2.2 全球衛星定位系統目前 GPS 使用的是 1.5 Giga Hertz 的頻率，此

頻率不能在水中傳遞，故無法在水下使用 GPS 進行

遙控潛具的定位( Coudevi Ile and Thomas，1998) 。

為了解決水中定位的問題，本文利用 DGPS (近岸

使用 RTK) 配合使用 ORE LTX 超短基線水下聲納

定位系統，利用量測音波訊號抵達接收器的相位

差，求得詢答器相對於工作船的位置座標，再利用

DGPS 或 RTK 取得工作船的 WGS84 座標，經過程

式轉換成內政部及航照圖中使用的二度分帶橫麥卡

托投影 (TM2 二度分帶)座標系統，計算水下遙控

潛具所在之 TM2 二度分帶座標。本文所用之 GPS

接收儀為 ASHTECH - Z 12 � GPS Reeeiver '以

RS-232-C 為傳輸通訊介面 3根據楊 (1999)解算 DGPS

座標與已知點座標之比較，進行三次量測精度之檢

測實驗，所測得 ASHTECH - Z 12�之平均誤差分

別為 0.3932m 、0.3764m 、以及 0.4878m '取其平均

故推論其平均誤差約為 0.4191m 。

2.3 其它感測元件為了獲得潛具的位置座標，除需利用水下聲納

定位儀及全球衛星定位系統外，尚需其他感測元件

如:船隻姿態收集儀、電羅經、及潛真上所配備之

感測儀器。本文所用之水下聲納定位儀屬於超短基

線聲學系統，其座標系統為船艦座標。但由於工作

船會受到波浪、潮汐、等外力因素及船隻運動方向

的改變，產生了 Roll 、Piteh 、Yaw 、Heave 等改變。

為了校正船隻姿態，我們需使用船隻姿態、收集儀及

電羅經等輔助儀器進行座標系統的修正。本文所用

之船隻姿態收集器為 TSS DMS-肘，其訊號輸出格

式包含 27 個 ASCll 字元，輸出 Roll 、Piteh 、Yaw 、

Heave 等值。 Roll 、Piteh 量測之解析度為 0.05 度，

Heave 之解析度為 l 公分。 Baud rate 為 19200 時每

秒更新 60 次，可作為修正船隻姿態之依據(揚，

1999 )

本文架設在支援船上之電羅經，型號為 Sperry

SR-180 Gyro Compass '在安裝時需將電羅經之箭頭

指向船頭方向，並平行於船中心線。 Sperry SR-180

Gyro Compass 之平均誤差為士 0.1 度，其準確位數

到小數點後一位，經由的 -232 輸出方位角，更新

頻率約為每秒 2-10 次。

本文所用之潛具配有深度計及磁羅經，可作為

擷取深度及方位資訊之用。由 MiniRover MKIl 的原

廠手冊中得知，接頭 MOLEX 12PIN 的第八腳可擷

取深度訊號，而第十二腳可擷取方位角訊號:深度

信號的轉換方式為 0-5 伏特代表 0-305 公尺，而方

位角信號為 0-5 伏特代表 0-359 度。

2.4 系統電腦設備本研究所使用的電腦基本配備如下所列:

Pentium 1I 333 之多媒體電腦、 Mieroso 位Windows

98 之作業系統、 128MB RAM 、硬碟空間 6GB 、3D

圓形加速卡(型號為 Win Fast 3D L2300 '內含8MB

SGRAM) 。在支援的周邊裝置上，由於深度計及

磁羅經擷取之訊號為額比信號，如要由電腦處理信

號之前，必須將之轉換成電腦可讀取之數位信號，

因此需要一張數位/額比訊號轉換卡，本文所使用的

為 Advanteeh 公司出品的 PCL-81 細資料擷取卡。

由於一般電腦之序列埠多為兩個，然本實驗需四個

序列埠來處理水下聲納定位儀、 GPS 、船隻姿態收

集儀、及母船上之電羅經等四個信號，因此需要一

張序列埠擴充卡，本文所用為 W-200 RS 司 232 Serial

Card' 將兩個序列埠擴充為四個以供訊號之接收。

三、導航系統之建立

水下遙控潛具之導航系統，將工作環境中偵測

到的定位相關訊息，如小艇配備的磁羅經及深度計

資料，及母船上的水下聲納定位儀、 GPS 接收機、

船隻姿態、收集儀、電羅經等資料回傳給船艙中的電

腦，進行潛真的定位及導航。導航系統發展之流程

如圖 2 ，首先撰寫一個訊號接收及小艇位置計算的定位子系統，設定各種訊號的傳輸型態及資料格

式，並將回傳資料中的額比信號經由 PCL-818H 資

-595-

各種定位儀器的接收資料

定位子 1長說

PCL-818H

虛擬實境主*'統

圖 2 導航系統發展之流程圖

通訊傳輸昀闖紅燈表示序列通訊關閉綠燈表示序列通訊開始

圖 3 定位子系統之操作介面

-596-

輸格式設定表單以及定位介面操作表單。定位次系

統中包括的六個模組分別為 PCL-818H 訊號處理模

組、 GPS 訊號處理模組、 LXT 訊號處理模組、 TSS

DMS-05 訊號處理模組、 Sperry SR-180Gyrocompass

訊號處理模組、及潛具定位處理模組。

3.1.1 信號的同步問題

定位子系統中各感測元件因傳送訊號到電腦的

時間不同，造成訊號接收的非同步現象。在此影響

之下，可能造成船隻姿態收集儀及電羅經的資料已

經更新，但水下聲納定位儀的資料仍沿用先前接收

到的數值將造成定位的誤差。從實驗中可以量測到

TSS DMS-05 、Sperry SR-180 Gyrocompass 每秒約傳

送 5~7 筆以上更新數據，而 GPS 接收機每秒約傳送

兩筆更新資料到電腦、水下聲納定位儀最快每兩秒

傳送一筆數據，至於 ROV 上的水壓計及磁羅經經

過 PCL-818H 類比數位訊號轉換，可依程式設定擷

取訊號的更新週期為 0.1 秒/次。在處理訊號同步的

問題上，必須選擇較小週期來當作同步的周期波

段。由於虛擬實境導航系統約每 1~1.2 秒更新一次，

對於系統而言，船隻姿態收集儀及電羅經之更新週

期雖小，但由於虛擬場景約一秒才更新一次，所以

不需要選擇如此密集之取樣頻率來更新定位資料。

水下聲納定位儀訊號更新週期大於虛擬系統場景更

新週期，因此在訊號同步問題的處理上，利用 GPS

的更新週期為週期波段。當 GPS 資料更新時，觸發

程式進行 ROV 定位計算，並將輸出結果更新虛擬

場景。船隻姿態收集儀、電羅經及深度計因其訊號

更新頻率較大，加上考量 ROV 的速度多為 1~1.5 節

左右，且無急轉之運動方式，因此本文假設船隻姿

態收集儀、電羅經及深度計未做訊號同步處理可能

引起的誤差為可容許之誤差範圍。水下聲納定位儀

由於更新頻率小，所以使用外插( Extrapolation )的

方式，以接收到的前兩筆數據，利用線性關係估算

某時刻的應有的數值，如圖 4 所示。

-597-T ， T2 T

圖 4 外插法解算

料擷取卡轉成電腦所能判讀之數位訊號，接收各定

位儀器所回傳的數據資料，進行潛具位置的計算。

再建立一導航主系統，主系統中必須先行建立工作

地點的虛擬場景。本文使用多音束測深儀的高密度

資料，來回復工作場景中海床地形及海底特徵物的

形貌，並利用 DGM3 軟體工具將海床數值資料建立

2.5 維的海底地形，放入虛擬實境的場景中。完成虛

擬場景的建構之後，再將定位次程式所得之小艇座

標輸出到虛擬實境的導航主系統中。虛擬實境中的

各物件之相對座標，經由座標轉換程式的計算，轉

成 TM2 二度分帶座標系統。水下遙控潛具可在此座

標系統下做其動態行為的展現，使用 TM2 二度分帶

座標系統並可作為日後結合地圖資料的依據 J 並在

導航主系統中加入計算潛具與其他海底特徵物距離

遠近之計算功能，作為導航及避障的航行依據。

3.1 信號接收與定位子系統水下遙控潛具導航的操作介面分成兩個系統，

-j?"定位子系統，主要工作為設定各種接收訊號的傳輸型態及資料格式，並將接收資料中的額比訊號

轉換成數位訊號。且同步接收各感測儀器所回傳的

數據資料，進行潛具的定位計算;另一為導航主系

統，主要工作為建構虛擬實境的場景，接收定位子

系統的輸出結果，展現潛具在三度空間中的位置及

動態、行為，並加入測距及避障功能提示，提供操作

者在執行航行及避障時的依據。

在訊號接收及定位子系統中，程式的重點在訊

號的傳輸、訊號的轉換、訊號的同步問題及定位的

計算上，定位子系統的操作介面如圖 3 所示。定位

子系統的開發工具選擇 Microsoft 公司的 Visual

Basic 6.0 程式語言。 Visual Basic 6.0 也是目前在

Windows 環境下，高階語言中用來編寫程式最普遍

的一種工具。它支援了許多 RS-232 序列傳輸介面

的函式( Functions ) ，可以有效的簡化定位子系統

的程式撰寫過程。由於本導航系統是建立在

Windows 環境下，因此選擇 VB6.0 發展定位次系統

的應用程式應為較佳選擇。定位子系統的設計是採

模組化的設計，利用六個模組六個表單的設計，使

得程式更具擴充性，方便日後加入新的功能。六個

表單分別為 PCL-818H Card 設定表單、 GPS 傳輸格

式設定表單、 LXT 傳輸格式設定表單、 TSS DMS-05

傳輸格式設定表單、 Sperry SR-180 Gyrocompass 傳

X

X2

X1

‧‧‧‧‧以行 X -XI X2-XIT-T1 T2-T1

3.2 導航主系統完成潛具的定位之後，下一步就是將潛具的座標值

及方位角傳入導航主系統中。導航主系統之開發工

具為 Sense 8 公司所出品之虛擬實境整合開發軟體

World up. 並搭配 World Up程式撰寫工具 VB Seript

來完成導航主系統中之各項程式需求。導航系統是

以虛擬實境的介面形式為核心，即時接收 VB 定位子系統解算 ROV 之 TM 二度分帶座標值及方位

角。利用多音束測深儀所測得之海床及特徵物之數

值資料，經過 OGM3 軟體將海床數值及特徵物(人

工魚礁)資料建立成 2.5 維的海底地形模型。依據

1M2座標值及方位角放入虛擬實境場景中，接收定位子系統即時傳入的 ROV 座標及方位角，真實地

描繪出 ROV 在三度空間的動態行為。導航主系統

經程式判斷魚礁與底床障礙物間的距離是否已達到

警戒範圈，以利使用者瞭解 ROV 與周圍環境的相

互關係，作為避障及完成指定航行及調查工作之

用。水下遙控潛具之虛擬實境導航介面如圖 5 。導

航系統戶斤建立的 ROV 3D 物件為模擬 BENTHOS

公司所生產型號為 Open-Frame 之 ROVo

3.2.1 座標系統的轉換在建立虛擬實境的工作場景時，需注意場景之

座標系統與 TM2 座標系統是否一致。虛擬實境開發

軟體 World UP 中，當各方位角( Roll 、Piteh 、Yaw)

旅轉角度為零時 .x軸是指向視點的左右方移動，Y 軸是指面向視點的上下方移動 .z 軸是則是指靠近視點或是遠離視點的方向，如表 l所示。在虛擬

實境場景中放入物件模型時(如人工魚礁) .必須

考慮的是虛擬場景中的座標如何與實際 TM2 二度

分帶座標系統轉換，在 TM2 座標系統中 N 是指向

地圖上的正北方 .E 是指向地圖上的正東方，加上水深資料所代表的高程資料。因此將 TM2 座標轉換

成虛擬實境場景中慣性的視覺感受方式，必須將

TM2 之 N 值表示為虛擬實境中的 Z 座標 .E 值代表

X 座標，深度資料代表 Y 座標;即 N 值=z 座標、E

值=x 座標、水深 =Y 座標。

3.2.2 虛擬場景的建構一海底特徵物之展現在虛擬實境主系統中為了建構虛擬實境的海底

場景，必須使用多音束測深儀獲得海床及海底特徵

-598-

物(人工魚、礁)高密度的海測資料(經緯度及水深

資料)。多音束測深儀由一組發射/接收器陣列所構

成，能夠同時的接收、發送多筆音束，具全面測深

的功能。以 RESON 的 SeaBat 9001 多音束測深儀而

言，音鼓有 60 個接收器，音鼓發射的東寬約 1.5度，

也就是每一次掃測，可得 60筆水深資料，其涵蓋面積約為兩倍水深。因此多音束測深儀不僅可以大範

圍的快速量測，亦可以得到高密度的資料以準確的

所得到的海測資料可用來代表魚礁礁體，將海測資

料中的經緯度轉成 TM2 二度分帶座標值加上水深

值，以 3D Studio 繪圖軟體繪製人工魚礁物件模型，

依座標及水深資料逐一將魚礁放入虛擬實境場景

中，並利用 OGM3 軟體繪製 2.50 之海床地形，依

其座標及水深 fJOC將地形放入場景中(黃. 1999) 。

表 l 虛擬實境座標系統

座標值(偏移量) 物件移動方向

t.X>O 向視點右方

t.X<O 向視點左方

t. Y>O 向視點下方

t. Y<O 向視點上方

t.Z>O 。遠離視點

t.Z<O @靠近視點

3.2.3 潛具動態行為之展示

如欲在虛擬實境系統中展現潛具的動態行為，必須

將定位次系統所計算出的小艇座標值 (N 、E、Oepth)

與方位角 (Yaw) 之變化，即時輸出至虛擬實境的

導航系統。由於潛具動態、行為之展示牽涉到子、主

系統間參數的傳送，所以需使用中間的傳輸介質。

細究本文參數的傳遞方式，係將 VB 定位次系統的參數 N 、E 、Oepth 、及Yaw 單向的傳輸到 VR 的導

航系統中，因此不考慮 Oynamie Link Library( OLL)

動態連結函數庫來傳遞單向參數。單向傳遞參數的

方法里眾多，可以使用Write/Read File 或是 TCP/1P 及

UDP 的網路傳送方式。比較 Write/Read File 及

Network 參數傳遁的效率，及本身導航系統目前採

單機作業的特性，使用 Write/Read File 應為最適當

的方法。若日後考慮結合網路使用，則可使用

Network 參數傳遞的方式。

圖 7 干擾現象對系統誤差之影響

定位子系統與導航主系統在進行寫檔及讀檔

的過程中，可能致使系統產生死結現象

( Deadlock) ，亦即定位子系統與導航主系統對資

源(檔案)同時設定為可分享，並同時存取該資源

(檔案)。同時爭取資源時所引起的 Deadlock' 系

統可利用犧牲某一程序，來排解死結現象。本文所

採之解決方案即是當系統發生死結時，自動暫停某

一程序，回復到未發生死結前之程式狀態。

0.8

。60.4

。2O

9 II 13 15 17 19 次數 (times)

四、實驗結果

4.1 距離遠近對系統準確度之影響

討論距離遠近對水下定位的影響，將魚、礁放在

一己知座標上，再將ROV放在離已知點 2.lm 及 28m

兩個地點並遠離池壁，討論待測物的遠近，是否對

水下定位的準確度造成影響。如圖 6所示，待測物

距離遠近在某個範圍內，對定位的準確度影響程度

並不大。小艇距已知點 28m 時，平均的誤差量為

0.59516m; 若小艇距已知點為 2.lm 時，平均的誤

差量為 0.424295m 。

"此'，'':fl't(m)

。2自去;做(tlln臼)

圖 6 距離遠近對系統誤差之影響

4.2 干擾現象對系統準確度之影響

在泳池實驗中發現池壁及泳客的干擾會對系統

的準確度造成若干程度的影響，因此在本實驗中討

論周圍環境的干擾將對水 F定位造成何種程度的影響。實驗設計將小艇放在離已知點 2.1m 的兩個地

點，一個沿游泳池壁放置;另一遠離池壁，使其不

受池壁干擾音波傳送。從實驗結果中得知當實驗場

景無遮蔽的情況之下，定位的誤差為 0.424295 m ;

若有遮蔽的情況，則定位的誤差會提高至 0.837285

m' 量測結果如圖 7 。

-599-

4.3 實驗結果歸納電羅經 Sperry SR﹒180 Gyrocompass 的精

確度維持在 0.10 之內。

2. ASHTECH-12TM GPS Receiver 以 RTK

方式定位，其準確度維持在 IOcm 內。

3. 水下聲納定位儀易受游泳池壁遮蔽效應

影響或泳客之干擾而有極值的情況發

生，因此在數據的處理上將第一四分位

(Ith QD)及第三四分位 (3th QD)之外的數

據捨棄不用，以求取更精確的定位資料。

4. MiniRovcr 上之深度計及磁羅經缺乏維

修，致使測量時之誤差值過大(深度計的

誤差大於 1公尺)，因此實驗的水深值皆

由人員進入游泳池中實際測量。

5 測距結果顯示本導航系統的測距功能與

實際的測量值之誤差值為土 (0.4-0.9)m

之間，考慮各儀器之本身誤差值 (GPS 、

LXT 、及Gyro Compass) 及實際用皮尺測

量時之人為誤差，此測試結果應為可接

受之合理誤差範圍。

6. 虛擬實境之導航系統上使用兩種不同的

場景設計，若使用場景設計複雜、擬真

度較高之系統，則系統的時間延遲現象

約為 3-5 秒;若使用簡擬真度低的場景設計，則發現幾無時間延遲的情況發生。

五、結論

從游泳池質驗的結果可知，導航系統定位部份

之精度維持在 0.4-0.9 m 之內。考量儀器固有的誤

差、人為操作與測量誤差、以及水下定位聲納儀在

周圍環境發生干擾時產生訊號不穩定之現象，此定

介面操作說明

是示到某指定工作點

往左右、前後、上下

應移動多少公尺

i圖 5 導航主系統之虛擬實境界面

位系統的誤差值應在可接受之合理範圍。為了

驗證虛擬實境導航系統的可行性，本研究於游泳池

進行測試，測試結果顯示虛提實境的導航系統的確

可以改善操作員在操縱 ROV 時的視覺盲點。導航系統整合各項數據及定位資料，顯示 ROV 的三維動態、行為，輔以即時的訊息提示及避障功能，實可

作為操縱 ROV 完成指定工作的輔助工具，並可大為提昇 ROV 之工作效能。

為了連結導航系統與真實世界，必須改善時間

延遲現象。在虛擬實境系統中要達到流暢的即時效

果，除了改善電腦的硬體設備(如 CPU 之升級)、善

用 3D 加速卡之外，還必須考量虛擬實境的系統效

率。提升虛擬賞境系統的效能可以從系統工具的選

擇、程式演算法的改進、或場景設計的技巧上來改

善 3D 繪圖時系統的負荷量。因此，若能克服虛凝

實境導航系統的時間延遲現象，必能使操作員善用

此一人機介面模式，幫助操作員掌握環境的狀況與

變化，將 ROV 的性能發展至極致。謝誌

本研究接受行政院國科會研究計劃

(NSC89-2611-E-l 10-008 及 NSC89-2611-E ﹒110-021 )

經費補助，在此致謝。

參考文獻l 黃界強 (1999)" 整合多音束測深儀資料與虛擬實

境技術應用於海床特徵物模擬之研究"中山大學

海洋環境及工程研究所碩士論文。

2 楊光哲 (1999)" 淺水多音束聲納資料精確度及海

底地形影像分析之研究"中山大學海下技術研究

所碩士論文 o

3. 鄭勝文、邱逢深 (1997)" 水下技術概論"國立編譯

館出版。

4 薛憲文 (1998)" 應用測量學"國立中山大學海洋環

境及工程學系講義。

5 覺明輝 (1999)" 海底無人小艇之 7./<-F定位系統"中山大學機械工程所碩士論文 o

6. Coudeville. J. M. and H. Thomas (1998) “A Primer

Using GPS Underwater ，"Sea Technology ，pp.31-33

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