淺析虛擬技術在船用分油機上的應用

鐘韜

摘 要 現代人們對信息的要求已經發生改變，過去僅僅應用打印輸出端口或者是把信息處理的最終結果顯示在屏幕上的方式已經無法滿足人們的需求。人們現在渴望通過視覺、聽覺以及觸覺等多種渠道、多種方式進行信息的了解，并希望應用形體、手勢或者口令參與到信息處理之中，得到一種身臨其境的感受。這種全新的信息處理方式不僅在單維的數字化信息空間上構建，而是在一個多維化的空間進行組建，要求在定性與定量融合，理性認識以及感性認識結合在一起的綜合環境中。上世紀90年代初期虛擬現實技術的出現，為此種多維信息空間構建提供了支持。虛擬現實技術（Virtual Reality）的出現，使計算機信息處理也發生變化，將計算機從善于處理數字化的單位信息變為善于進行信息處理的人都能夠感受到，在思維中可以接觸到的，除數字化信息以外的各類表現形式的多維信息。本文結合實際工作談談虛擬技術在船用分油機上的應用。

【關鍵詞】虛擬技術 分油機 航運

1 前言

為了與現代社會、科學技術的發展速度相適應，滿足信息化社會的需求，使信息能夠為人民群眾更好的服務。為此需要人們不斷提升自身以及信息社會接口能力，使人們在信息理解方面能力得到提升。上世紀中期，美國科學家Jaron Lanier提出了虛擬現實（VR）技術，在其出現以后，近幾年在各領域中也得到了迅猛發展。此種技術通過將多種科學融合在一起，包括計算機科學、力學、機械學、美學、數學等等學科，應用計算機圖形學、圖像處理以及模式的識別，以及人工智能、多傳感器技術以及實時計算技術等，讓人切實的感受到計算機生成的交易場景，在對虛擬場景進行操作以后，使虛擬的客觀世界交互工作完成。而且在軍事、教育培訓、商業、醫學、藝術以及娛樂等方面都得到了廣泛應用，為社會的發展創造了巨大經濟利益。美國國家工程院已經將虛擬現實技術納入到現時代中14項重大工程技術挑戰項目中，如果這些技術挑戰成功，為人們生活現狀改善將有著十分重要的意義。

2 船運行業遇到的問題

隨著航運行業目前的持續低迷，很多船舶企業為減少費用支出，所使用的燃油質量也受到影響，不斷變差，對船用分油機要求不斷提升，為滿足此種需求，分油機的結構需要不斷的改善。為讓學員可以對當前船用分油機的結構、原理、工作過程以及拆裝、維護等內容有所了解，并且熟練掌握，學員應當展開船用分油機的具體拆裝實驗。不過分油機設備價格較高，又無法實現讓學生反復拆裝，一些新型的船用分油機想要進入實驗室中供學生拆裝更加困難。在現代航海教育實操設備中，輪機模擬器在船員培訓方面有重要作用。通過輪機模擬器在船員培訓方面的應用，達到了快速、高效的作用，在當前國內外航海界得到了廣泛的關注與重視。國際海事組織 IMO（International Maritime Organization）在 STCW78/95 公約的規定中，對航海技術、輪機工作人員的培訓以及評估進行規定，要求比要經過模擬器實操評估方案才可以得到適任證書。

國內的航海院校、培訓組織使用的訓練模擬器多數是通過實物教學或者半實物方針模擬器教學的方式，這兩類教學方法能夠使學員進行設備拆裝，讓學員對設備內部情況進行直接觀察，加強對設備結構的正確認識與理解。不過此類教學方法也存在不足：

2.1 設備數量有限

各大航運公司在不斷壯大，船舶訂單也在不斷增加，公司需要更多船員，這使現在培訓機構學員的數量增加，這也使培訓組織的教學設備與人員數量之間的矛盾加深，對培訓教學帶來嚴重不良影響。

2.2 設備受到損害嚴重

在教學中進行設備的拆裝，很容易使設備受到損害，使設備可拆卸以及操作的功能受到影響。

2.3 設備更新慢，再開發受到阻礙，與現代科技發展不相適應

當前很多培訓組織模擬器應用的是船舶上淘汰下的設備，其結構與當前的船舶設備存在很大的差異。而新的設備價格過高，用來教學拆裝，會造成一定浪費。

2.4 培訓區域的限制

通常學員要到官方特定的培訓組織、靠墊進行考核，這會使考生的時間與精力花費過多，對學生考試結果也會有一定影響，使考生家庭經濟負擔加重等。

3 虛擬現實技術的應用

上述這類問題對船員教育以及培訓事業的成長帶來阻礙，對航運事業發展帶來制約。

由于虛擬現實技術具有虛擬性，通過這種特點的應用進行分油機虛擬拆裝，就可以將傳統的實物拆裝訓練存在的問題得到解決，同時為輪機模擬器前進開辟了新的路徑。船用分油機虛擬拆裝系統能夠對機器內部的結構情況進行深層次探究，虛擬拆裝一些現實中不能拆裝的部件，能夠預防在進行拆裝實驗中使人身安全受到影響。虛擬拆裝系統還可以不受時間、地點的影響，有較高的仿真效果，組合也比較方便，進一步拓展也很簡單。這就可以使設備投放次數的減少，對傳統實物拆裝訓練進行補充。而且虛擬場景的內容更新迅速，能夠為現代教學的實物訓練提供更多便利，尤其是對專業訓練的多樣、多變有更多幫助。

目前，以船用分油機為研究對象，像CAXA、MAYA、Creator 以及 3d studio max等等都可以用來進行虛擬建模，這些軟件有一定的優勢，當然也存在不足。在建模時選擇哪一種軟件，主要是根據軟件能否達到將模型的特點展示出來，與此種軟件格式能否與后續仿真軟件兼容，兼容的效果如何等。應用虛擬仿真軟件VR-Platform進行三維模型配置、渲染，同時應用Vissual C++達到對分油機虛擬模型的交互拆裝，進而實現將船舶設備拆裝過程的展示。在操作中，僅僅需要通過鼠標以及鍵盤，就可以達到對三維實體模型的操控，達到對設備無數次的虛擬拆裝。在這樣的虛擬場景中，學員可以通過多角度進行觀察，對分油機結構有深入的了解，有助于將理論與實踐聯系在一起，提升船員的知識水平。并通過為每一個學員進行表單的建立，將學員進行分油機虛擬拆裝的操作情況保存起來，對學員考核就根據這些操作表單進行，進而對考生的情況進行評分。此種協同可以方式評估老師在評分中主觀臆斷的情況，提升了評估的公平與客觀性。

多感知性、沉浸性、交互性以及想象性是虛擬實現系統的重要特點，在船用分油機虛擬拆裝技術使用中，輪機工程專業教育培訓，對船舶設備動力拆裝實驗中學員與設備在數量中的矛盾解決提供幫助，讓所有學生都擁有反復練習的機會，對學習效率提升，教育公平性提升都有重要作用。

作者單位

上海航標處 上海市 201208