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"developer_role": "高级 godot游戏开发 工程师",
"project_context": {
"project_name": "3D水上交通事故模拟",
"technology_stack": [
"godot",
"GDscript",
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"python"
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"goals": "开发一个使用godot游戏引擎的3d水上交通事故模拟应用"
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"primary_task": "请实现一个3D的模拟内河船舶航行的实时渲染动画应用",
"technical_requirements": [
"可以使用用户指定的不同的船舶模型",
"具有真实感的水面shader",
"船舶模型按照给定的AIS经纬度序列所描述的轨迹在水面上航行",
"AIS经纬度序列从sqlite数据库文件中读取"
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"1. 简要的实现思路说明（Markdown 文本）",
"2. 详细的godot操作步骤（(用户是初学者，不要遗漏或跳过任何步骤）",
"2. 完整的 TypeScript 代码块（文件名：authMiddleware.ts）"
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3D水上交通事故模拟应用开发指南

作为一名高级Godot游戏开发工程师，我将为您详细阐述如何利用Godot引擎实现一个3D内河船舶航行的实时渲染动画应用。本指南将涵盖从核心思路、数据准备到Godot引擎内详细操作的每一个环节，旨在帮助初学者也能顺利完成项目。

1. 简要实现思路说明

项目的核心是将真实的船舶自动识别系统（AIS）轨迹数据，在Godot 3D场景中进行可视化重现。

基本思路分为以下三步：

数据预处理: Godot本身直接读取SQLite数据库操作较为复杂，且不适合在游戏循环中频繁调用。因此，我们采用一个独立的Python脚本预先从SQLite数据库文件中提取AIS经纬度序列，并将其转换为Godot易于读取的JSON格式。同时，为了在3D世界中展示，需要将地球上的经纬度坐标（Longitude, Latitude）映射为Godot场景中的Vector3(x, y, z)坐标。为简化问题，我们将经度映射到X轴，纬度映射到Z轴，并进行适当缩放。

场景搭建: 在Godot中创建一个3D场景。该场景将包含一个广阔的平面作为水面，并为其应用一个带有动态效果的着色器（Shader）以模拟真实感的水波。接着，导入用户指定的船舶模型，并为场景添加基础的环境光和定向光（模拟太阳光）以及摄像机。

动态航行实现: 为船舶模型节点挂载一个GDScript脚本。该脚本在启动时（_ready函数）加载并解析上一步生成的JSON轨迹文件。然后在每一帧的更新中（_process函数），脚本会读取下一个轨迹点作为目标，控制船舶朝目标点移动和转向。通过线性插值（lerp）等方法，可以实现船舶平滑地沿着轨迹航行，直至所有AIS点都遍历完成。

1. 详细的Godot操作步骤

第一步：数据预处理 (使用Python)

在开始Godot项目之前，我们先将SQLite中的数据提取出来。

创建Python脚本: 在你的项目文件夹（Godot项目文件夹之外）创建一个名为 process_ais.py 的文件。

编写脚本: 复制以下代码到文件中。假设你的SQLite数据库文件名为 ais_data.db，表名为 ship_track，经纬度字段分别为 longitude 和 latitude。

code
Python
download
content_copy
expand_less
import sqlite3
import json

--- 配置参数 ---

DB_FILE = 'ais_data.db' # 你的SQLite文件名
TABLE_NAME = 'ship_track' # 表名
LON_COLUMN = 'longitude' # 经度字段名
LAT_COLUMN = 'latitude' # 纬度字段名
OUTPUT_FILE = 'trajectory.json' # 输出的JSON文件名

--- 连接并查询数据库 ---

try:
conn = sqlite3.connect(DB_FILE)
cursor = conn.cursor()

query = f"SELECT {LON_COLUMN}, {LAT_COLUMN} FROM {TABLE_NAME} ORDER BY timestamp ASC;" # 假设有时间戳字段用于排序
cursor.execute(query)

rows = cursor.fetchall()

# --- 转换为字典列表 ---
trajectory = []
for row in rows:
    trajectory.append({'lon': row[0], 'lat': row[1]})
    
# --- 写入JSON文件 ---
with open(OUTPUT_FILE, 'w') as f:
    json.dump(trajectory, f, indent=4)
    
print(f"成功从 {DB_FILE} 提取 {len(rows)} 个轨迹点到 {OUTPUT_FILE}")

except sqlite3.Error as e:
print(f"数据库错误: {e}")
finally:
if conn:
conn.close()

运行脚本: 在终端中运行 python process_ais.py。成功后，你会在同目录下找到一个 trajectory.json 文件，这就是我们要在Godot中使用的轨迹数据。

第二步：搭建Godot 3D场景

创建项目: 打开Godot引擎，新建一个项目，例如命名为 WaterSimulation。

创建主场景:

在“场景”面板中，点击“3D场景”创建一个以 Node3D 为根节点的场景。

立即保存场景，命名为 Main.tscn。

添加环境和光照:

在“场景”面板中选中 Node3D，点击加号按钮，添加一个 WorldEnvironment 节点。

在右侧“检查器”中，点击 Environment 属性旁的 [空]，选择“新建 Environment”。

再次点击新创建的 Environment 资源，在 Background 部分，将 Mode 设置为 Sky。

点击 Sky 属性旁的 [空]，选择“新建 Sky”。

再次点击 Sky 资源，在 Sky Material 属性旁，选择“新建 PanoramaSkyMaterial”（或ProceduralSkyMaterial）。这样场景就有了天空背景。

回到场景树，再次选中 Node3D，添加一个 DirectionalLight3D 节点作为太阳光。你可以通过旋转该节点来改变光照方向。

创建水面:

选中 Node3D，添加一个 MeshInstance3D 节点，并将其重命名为 Water。[1]

在“检查器”中，点击 Mesh 属性旁的 [空]，选择“新建 PlaneMesh”。[1]

点击展开 PlaneMesh，设置 Size 的 x 和 z 值为一个较大的数字，例如 2000，以创建广阔的水域。

在 Material 属性旁，点击 [空]，选择“新建 ShaderMaterial”。[2][3]

点击新创建的 ShaderMaterial 资源，在其 Shader 属性旁，点击 [空]，选择“新建 Shader”。

点击新创建的 Shader 资源，此时底部会弹出着色器编辑器。在这里你可以编写或粘贴水面着色器代码。你可以从Godot资源商店或在线社区（如Godot Shaders网站）找到许多优秀的开源水面着色器代码。[2][4][5]

导入船舶模型:

Godot推荐使用glTF 2.0 (.gltf 或 .glb) 格式的模型。[6][7]

将你的船舶模型文件（例如 boat.glb）和 trajectory.json 文件一起拖拽到Godot编辑器左下角的“文件系统”面板中。[8][9] Godot会自动处理导入过程。

将文件系统中的 boat.glb 文件拖拽到3D视窗中，或场景树中的 Node3D 节点下。你将看到船舶模型出现在场景中。将其节点重命名为 Ship。

调整摄像机:

在场景树中添加一个 Camera3D 节点。

通过移动和旋转 Camera3D 节点，调整好观察船舶的初始视角。在视窗右上角点击“预览”可以查看摄像机画面。

1. 完整的 GDScript 代码块

注意: 您在需求中提到的 TypeScript 和文件名 authMiddleware.ts 适用于Web后端开发，与Godot引擎的GDScript开发环境不符。以下将提供项目所需的正确GDScript代码。

文件名: ShipController.gd

创建并附加脚本: 在“场景”面板中选中 Ship 节点，然后在“检查器”面板底部点击“附加脚本”按钮。将脚本命名为 ShipController.gd 并创建。

编写代码: 将以下代码完整地复制到脚本编辑器中。

code
Gdscript
download
content_copy
expand_less
extends Node3D

导出变量，可以在Godot编辑器中调整

@export var speed: float = 10.0 # 船舶航行速度 (米/秒)
@export var rotation_speed: float = 1.0 # 船舶转向速度
@export var map_scale: float = 1000.0 # 经纬度到Godot坐标的缩放系数

内部变量

var trajectory_points: Array = []
var current_target_index: int = 0
var is_moving: bool = false

func _ready():
# 加载并解析AIS轨迹数据
load_trajectory("res://trajectory.json")

# 如果有轨迹点，则设置初始位置和朝向
if !trajectory_points.is_empty():
    var initial_position = _convert_lon_lat_to_vector3(trajectory_points[0])
    self.global_transform.origin = initial_position
    
    if trajectory_points.size() > 1:
        var next_position = _convert_lon_lat_to_vector3(trajectory_points[1])
        look_at(next_position, Vector3.UP)
        
    current_target_index = 1
    is_moving = true

func _process(delta: float):
if !is_moving or current_target_index >= trajectory_points.size():
return # 如果不在移动或已到达终点，则不执行任何操作

# 获取当前目标点
var target_global_position = _convert_lon_lat_to_vector3(trajectory_points[current_target_index])

# 计算到目标点的距离和方向
var current_position = self.global_transform.origin
var direction_to_target = current_position.direction_to(target_global_position)
var distance_to_target = current_position.distance_to(target_global_position)

# --- 转向 ---
# 计算目标方向和当前方向的夹角，并平滑转向
var target_basis = self.transform.basis.looking_at(direction_to_target, Vector3.UP)
self.transform.basis = self.transform.basis.slerp(target_basis, rotation_speed * delta)

# --- 移动 ---
# 如果距离目标点足够近，则切换到下一个目标点
if distance_to_target < 1.0: # 1米的阈值
    current_target_index += 1
    if current_target_index >= trajectory_points.size():
        is_moving = false # 到达最后一个点，停止移动
        print("航行结束！")
        return

# 向前移动
var velocity = -self.global_transform.basis.z * speed
self.global_position += velocity * delta

从JSON文件加载轨迹数据

func load_trajectory(file_path: String):
var file = FileAccess.open(file_path, FileAccess.READ)
if file == null:
printerr("无法打开轨迹文件: ", file_path)
return

var content = file.get_as_text()
var json = JSON.new()
var error = json.parse(content)
if error != OK:
    printerr("JSON解析错误: ", json.get_error_message(), " in ", content, " at line ", json.get_error_line())
    return

trajectory_points = json.get_data()
print("成功加载 ", trajectory_points.size(), " 个轨迹点。")

将经纬度坐标转换为Godot的3D世界坐标

func _convert_lon_lat_to_vector3(point_dict: Dictionary) -> Vector3:
# 这是一个简化的线性映射，适用于小范围区域的模拟
# lat -> -Z, lon -> X, Y是高度保持为0
if point_dict.has("lon") and point_dict.has("lat"):
var lon = float(point_dict["lon"])
var lat = float(point_dict["lat"])
# 注意：通常纬度对应Z轴，经度对应X轴。
# 这里我们将lat乘以-1，是为了符合Godot中Z轴负方向为“向前”的惯例。
return Vector3(lon * map_scale, 0, -lat * map_scale)
return Vector3.ZERO

最后一步：运行模拟

保存所有文件和场景，然后点击Godot编辑器右上角的“运行项目”按钮（或按F5）。如果一切配置正确，你将看到船舶在水面上，沿着trajectory.json文件中定义的轨迹平滑航行。你可以在编辑器中调整ShipController脚本导出的speed和map_scale等参数，以获得最佳的模拟效果。

Sources
help
youtube.com
youtube.com
youtube.com
godotassetlibrary.com
godotshaders.com
godotengine.org
coohom.com
youtube.com
youtube.com
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