船舶机舱虚拟现实仿真系统研究 航海业对国家发展有着十分重要的推动作用，特别是在当前的国际环境下虚拟仿真系统，随着全球贸易一体化的现象，船舶作为海上贸易和海洋防御的支柱，受到了广泛的关注。现阶段，随着科技的进一步发展，虚拟现实技术也应运而生，并取得了迅速的发展和应用。如今医疗服务影后，虚拟现实这项先进的技术已经应用到船舶机舱中，利用该技术构建类似于船舶机舱环境的虚拟系统，提高了操作人员的操作技能，通过接近真实环境的体验，提高了操作人员的故障分析能力，在专项训练项目中也发挥着突出的作用，具有不可替代的优势。 1 虚拟现实技术概述 虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种新型的科学技术，又称精神技术。虚拟现实是利用虚拟现实技术创造的虚拟世界，该系统将计算机技术、仿真技术和传感器技术有机地融为一体，使之真正地融合为一个综合系统。 具体来说，虚拟现实技术主要包括三个要素，即：（1）为船舶机舱使用者提供一个逼真的虚拟世界，使其在虚拟环境中能够进行与现实中相同的操作；（2）用户在系统中进行虚拟操作时不会受到约束，可以自由移动；（3）用户可以在该虚拟船舶机舱系统中进行交互式操作。

基于虚拟现实技术的特点，利用该技术构建的船舶机舱虚拟系统还具有三个显著的特点，即：沉浸性、交互性和想象性。所谓沉浸性，是指用户对虚拟现实情境的介入程度，主要是指利用虚拟现实系统为用户提供一个身临其境的虚拟环境，使用户在视觉、听觉、嗅觉、触觉等各方面都能沉浸其中；交互性是指用户能够借助于相似的现实环境在虚拟现实中进行操作，并及时发现存在的故障，进而获得反馈信息；想象性是指用户能够借助于相关条件和参数，在虚拟环境中进行科学合理的推断和想象。 2 船舶机舱虚拟现实仿真系统总体设计 随着虚拟现实技术的进一步发展，该技术已广泛应用于许多行业和领域，特别是在军事、航空航天等行业。目前，一些国家已经开始将虚拟现实仿真技术应用于船舶航行作业。例如：加拿大的MARS系统、美国的VESUB项目等都充分利用了虚拟现实仿真技术。 不同的是，MARS系统将虚拟现实仿真技术应用于深海开放水域作业训练，而VESUB项目则利用该技术进行项目训练。在船舶航行中，虚拟现实这项先进的科学技术不仅应用于训练系统，还应用于航行系统工程的发展中。在本研究中，作者将虚拟现实技术充分运用到船舶机舱中，并在此基础上构建了虚拟现实系统。

虚拟系统与现实机舱环境相同，配备有舵机设备，操作过程中用户可以在其中自由漫游，从而给操作人员提供了真实的操作体验环境，使操作人员不断提高操作技能，提高在虚拟系统中查找故障的能力。在船舶机舱虚拟现实仿真系统具体设计中，为进一步提高系统设计水平，对以下四个方面给予关注和研究：（1）场景真实性。在船舶机舱虚拟现实仿真系统设计过程中，为给用户营造身临其境、身临其境的感觉，在贴近真实的场景中，进行科学合理的推理和想象，并产生交互行为，必须设计逼真的机舱场景模型，具体到每一个设备、每一条管线，把所有的局部细节都呈现给操作人员。（2）虚拟场景漫游。 在船舶机舱虚拟现实仿真系统设计过程中，为了进一步发挥受训人员的自主性，需要重视虚拟场景的漫游，并且在设计中要增加碰撞检测环节，使漫游更加逼真。（3）要有显示仪表和运动机构的动作。在船舶机舱虚拟现实仿真系统设计过程中，为了达到用户操作者的良好反馈，系统设计中必须包括显示仪表和运动机构的动作。（4）友好的操作界面。在船舶机舱虚拟现实仿真系统设计过程中，为了方便用户操作，必须加强操作界面的设计。在具体设计中，要保证用户界面具有简洁、美观、易懂、易操作的特点。

同时在设计的过程中还需要遵循相应的操作流程，保证界面设计功能齐全、外观和谐。3 船舶机舱虚拟现实仿真系统具体研究3.1 虚拟舱室三维模型的建立船舶机舱虚拟现实仿真系统最大的特点就是能给用户营造身临其境的感觉，并与计算机生成的三维虚拟环境进行交互，因此在系统构建的过程中必须予以有效的重视。鉴于人体是通过视觉、听觉、触觉等器官获取外界信息的，而视觉又是主要的，因此在具体的设计过程中，应强化用户对场景的视觉感受，注意以下几个方面：(1)结合人体视觉的生理特点演唱会视频，综合考虑人体视觉对于亮度、色彩特性、视觉分辨力与惯性四个方面。(2)在具体设计过程中，必须以人的双目视觉为基本原则和出发点。 (3)设计的目的是生成一个三维的、虚拟的视觉形象。(4)在设计虚拟舱三维模型的过程中，要以人的视觉的时间共享性和路径共享性为基础。(5)在具体设计的过程中，还需要对人的立体视觉进行相应的测试和研究。(6)在具体设计的过程中，还要认真考虑影响人的视觉效果的因素。结合人的经验和视觉实验结果可知，人不仅用双眼观看场景时有立体感，而且用一只眼睛观看场景时也能清楚地辨别物体前后的深度，从而具有一定的立体感。

因此在构建虚拟舱室三维模型时需要准确获取其三维尺寸及方向信息，只有这样才能保证用户在虚拟环境中操作时能够准确的进行交互。3.2虚拟舱室漫游仿真系统用户如果想在虚拟空间中观察虚拟环境中的任意角度，那么在构建虚拟现实系统的过程中就必须创建逼真的虚拟环境，将用户在操作过程中的视觉、听觉、触觉等融入其中。因此在系统开发的过程中，一方面需要结合船舶机舱的实际操作环境创建逼真的仿真系统，进而为用户提供无限接近现实的虚拟场景，使用户在操作过程中有身临其境的感觉；另一方面从船舶机舱的角度来看，船舶机舱内的设备繁多戛纳红毯，结构复杂，管系纵横交错，舱柜堆放。 只有构建虚拟舱室漫游仿真系统，用户才能在接近真实场景的体验中不断提升操作技能。在设计漫游仿真系统的具体过程中，可以充分利用建模方法的漫游技术。利用该技术时，以图形为基础谐音笑话，解构船舶机舱内的实际情况，模拟各种设备和场景，主动构建三维模型。利用所有设备的三维模型构建虚拟环境和空间。同时，在构建三维模型的过程中，要结合所有现实物体的物理属性，赋予模型物体材质、光照等属性；最后，在操作过程中，用户还必须对漫游车的位置、动作和行为进行有效的控制，帮助其实现漫游的效果。

同时在建模过程中还要注意模型的准确性和美观性，因此为了给用户提供更加逼真的体验环境，往往需要花费较长的时间进行建模。另外在虚拟漫游系统构建过程中，为了使虚拟模型场景中人的操作行为和操作动作更加逼真，往往会在虚拟环境中进行碰撞检测，然后判断人与物体之间是否有碰撞，是否需要足够的稳定性和准确性。3.3虚拟船桥及操控室仿真系统虚拟船桥系统主要包括操控室、驾驶室、操舵仪、雷达等设备。在虚拟船桥系统设计中可以充分利用虚拟按钮对驾驶室进行操作，虚拟船舶操控室主要包括虚拟操控室、虚拟操控台、虚拟总机和虚拟仪表盘，操作人员可以借助虚拟车内的虚拟油门杆和虚拟按钮对船舶柴油主机进行操作。 3.4 视景仿真系统交互界面设计在船舶舱室虚拟现实系统设计中口才幸福的瞬间，一方面，舱室漫游视图、船舶运行模拟视图、舱室破损进水模拟视图都需要系统交互界面进行控制;另一方面，考虑到船舶模型面数较多王者荣耀比赛，舱室模型复杂，需要对视景仿真系统的交互界面进行设计。在具体设计过程中，应注意以下两个方面：(1)系统主界面设计。在系统主界面设计过程中，可采用电击按钮、异步加载的方式，从主界面读取系统后台的数据，进入二次主界面。

返回主界面时，点击结束按钮即可关闭程序。（2）二次主界面设计。二次主界面主要包括舰船仿真场景、船舱损毁进水仿真场景、船舱漫游场景的操作界面，采用按钮切换、异步加载的方式获取不同的场景。同时，在切换过程中，要保证不影响其他场景的数据读取。另外，系统设计完成后，很有可能在场景切换过程中出现卡顿，影响用户体验。基于此，可以充分利用相应的技术，从CPU、GPU、内存三个方面对系统进行优化：（1）CPU优化。在虚拟系统中运动康复，每一次的渲染都要由系统CPU来完成，这导致系统中CPU负载严重，直接降低了系统的运行速度。因​​此，可以将大量的Draw Call优化为CPU，减少其工作量。（2）GPU优化。在虚拟现实系统中，GPU主要负责图像的渲染。 因此在其优化过程中，可以通过减少绘制次数、优化显存带宽等进行优化。（3）内存优化。可以充分参考DLL等方法对内存进行优化，从而优化整个系统。4 结束语综上所述，随着虚拟现实技术的进一步发展，通过该技术构建虚拟现实系统，为用户操作人员提供一个沉浸式的环境，使用户在虚拟的环境中掌握船舶机舱操作的要点电子游戏，不断提高操作水平。