虛擬仿真技術在游艇設計與教學中的應用

李佳文，黃振凱，黃 技

廣東海洋大學，廣東 湛江 524005

近年來，隨著經濟社會的發展，消費者對游艇審美要求不斷提升，船東對游艇的設計要求也越來越高。在這種情況下，二維的CAD平面圖、彩色手繪等傳統展示方式雖然在一定程度上能夠表達游艇設計師的想法，但仍然很難直白地讓船東清楚游艇的整體效果，更難體會不同設計方案之間的優劣。因而游艇設計需要一種更直觀、形象且符合現實的技術方法來呈現設計師的理念及滿足用戶真實體驗需求的表達方式。

虛擬仿真技術又稱虛擬現實技術[1]，其自身獨有的沉浸感、互動感在設計中顯現了明顯的優勢，它能使用戶如身臨其境般體驗到游艇帶來的外觀線條美、造型美以及室內的布局美。于是，游艇設計開始同信息技術緊密結合，在游艇設計中應用虛擬仿真技術是大勢所趨。

在2018年，教育部提出了新工科的教學改革戰略。在高等教育中，結合虛擬仿真技術進行虛擬仿真教學已經成為高等教育改革的熱點。教育者可以通過虛擬仿真技術來深化游艇設計，快速而真實地向用戶展現出所設計游艇的最終效果，實現教學改革的實踐創新[2]。

1 虛擬仿真技術簡介

虛擬仿真技術主要包括動態環境建模技術、實時三維圖像生成技術、三維視景立體顯示技術和傳感技術等[3]。通過計算來進行構建虛擬環境中各個物體之間的邏輯關系，再加上逼真的材質，可以仿真出一個近乎真實的虛擬場景，讓使用者如同親臨其境。游艇建造也是一項復雜的工程，從設計到建成之間橫跨多道工序，需要花費大量的時間、金錢、人力和物力，如果從設計初期就出現原則性錯誤，后面再想修繕幾乎是癡人說夢。所以更應該引入虛擬仿真技術，除了能實現設計師、船廠、船東三者間的有效溝通之外，還能成為檢驗游艇品質的一大關卡。虛擬仿真技術將會成為一個更為真實的展示媒介，將設計師說不清道不明的藝術構思虛擬成看得見的虛擬仿真場景，讓船東更易判斷其是否符合心意并讓其更容易根據生活習慣和個人喜好向設計師表達自己的修改意見。因此，結合虛擬仿真技術構建的游艇虛擬體驗系統是一項推進行業提效與改革的重要手段，它不僅能減少人力物力的消耗，同時還能有效提高設計質量、設計效率與用戶滿意度，推進游艇交易的順利進行。

2 虛擬仿真技術的優勢

虛擬仿真技術為用戶群體所提供的虛擬三維空間具有沉浸感和交互性特點。沉浸感和交互性作為虛擬仿真技術的兩個主要特征，二者互為支撐、相互交織融合，共同為用戶群體提供一個身臨其境的虛擬空間體驗[4]。

2.1 沉浸感

從心理學的角度來說，沉浸感的產生主要是由于人們全身心地投入在虛擬仿真技術創建的三維虛擬環境中。虛擬仿真技術帶來的視覺沉浸感是通過虛擬仿真顯示器“虛擬仿真頭盔”來實現的。它首先將人對外界的視覺聽覺封閉起來，其次設置在頭盔上的“頭部跟蹤”儀器可以根據虛擬仿真技術用戶參與者在虛擬環境中的位置和視點來控制影像，從而引導虛擬仿真技術用戶參與者全方位感受虛擬場景，最終產生一種身在虛擬環境中的感覺[5]。

置身于游艇內的真實感，便是虛擬仿真技術在游艇設計中應用的體現。用戶會覺得自己成為虛擬環境的一部分，不再需要枯燥的平面圖和冗長的文字來介紹游艇的美，直接就站在現場，仔細觀察游艇的線條走向、分區布局和內部裝飾等，讓用戶更清楚更全面地了解設計效果，這更有利于設計方案的敲定與推進。

2.2 交互性

交互性是指虛擬仿真技術用戶參與者與虛擬場景中各種對象傳遞、交換信息的相互影響能力。交互性主要表現在虛擬仿真技術用戶對虛擬環境內部的物體的交互性程度[6]。在游艇設計領域中，受眾才是主導者。在游艇虛擬體驗環境中，用戶不只是被動接受，而是能夠根據自身需求提出意見，進行實時反饋。對于游艇設計行業而言，交互性具有非常高的價值和意義，有效提高了游艇用戶的體驗。

交互性屬于虛擬仿真技術用戶體驗的一個至關重要的構成要素，交互性越強就越具有優勢和吸引力。而在心理層面，交互性也被稱為“審美享受”，即用戶通過吸收游艇設計中的美學元素，從視覺、心理上獲得精神文化享受，如果消費者能通過不同形式從游艇設計中理解并認同設計師的藝術理念，內心就會出現明顯的心理觸動，這通常就距離方案成功敲定不遠了。

3 虛擬仿真技術的應用價值

3.1 有利于多方互動溝通

虛擬仿真系統通過構建一個沉浸式以及具備互動性的室內空間，有利于加強各方的交流，推進游艇設計、制造與銷售的進一步發展。對設計師而言，借助虛擬仿真技術能有效傳達游艇創意理念以及形象地呈現游艇設計效果；對船東而言，可以借助虛擬仿真技術直觀地了解亟待施工的游艇，以便于提出對游艇的想法和要求；對公司而言，可以借助詳細的虛擬仿真模擬，提高游艇造價估算的精度；對管理部門而言，可以利用VR技術有效地避免不必要的糾紛。

此外，VR技術最大的優勢在于它可以實現隱形知識的傳達。對于每一位游艇設計師而言，有些想法和創作的理念很難用語言去描述與書寫，僅僅使用語言和圖片是無法充分表達設計師的設計理念的。對于那些“只可意會，不可言傳”設計想法與設計理念則可以借助VR技術對實際的游艇環境做出模擬，讓船東自己去切身觀察與體驗，從中體會到設計師的設計想法。

3.2 有利于商業傳播及推廣

由虛擬仿真技術構建的系統將會成為一個效果顯著的商業傳播渠道和方式。虛擬仿真技術將游艇簡化成一條條代碼，把數據傳至網上，則一艘真實的游艇將以360°全景的形式“復制”到線上，鮮活再現游艇那動感十足的形線、美輪美奐的外觀造型和絢麗多彩的內部裝飾。只要服務器不關閉、只要空間和數據在，就可以無限期在線，供更多觀眾參觀、體驗，大大提高游艇的品牌價值。

例如2020年的海之藍云端國際游艇展，展會就以“云端游艇展VR720°全景看艇，給你身臨其境的觀展體驗”為主要賣點，讓每一位參觀者可以通過虛擬仿真技術切身感受游艇生活的魅力。即使參觀者不在展會現場，只要進入展會設置的虛擬空間，也能身臨其境地感受游艇的樂趣。通過這些有效實踐，表明應緊跟時代信息變化，正視虛擬仿真技術帶來的優勢，創新已有的固定展示傳播模式。

3.3 有利于游艇設計教學模式創新

游艇設計學科是一門實踐性偏強的綜合學科，這就要求學生必須具備多領域多門類的設計知識，同時還擁有較強的實踐應用能力。但是在教學實踐中，以理論傳授、原理驗證為主的傳統教學模式已經很難激起學生學習的興致，學生參與度不高，更無法鍛煉其實踐應用能力。

而VR技術，相比較傳統的教學方式，會使學生在學習中擁有更強的主動性。這種新型教學方式的優勢來源于VR技術本身的沉浸感和交互性。在游艇設計教學中采用虛擬仿真技術，可以更好地還原出游艇設計實例場景，學生可以多次重復地進行游艇設計模擬訓練，從多角度審視自己的設計方案，而且容錯度極高，可以讓學生學習過程中擁有更強的參與度，更好地沉浸在整個游艇設計學習過程中。通過虛擬仿真技術，即使學生在學習與實踐過程中順序顛倒、操作失誤，也可以復位如初節約成本。目前虛擬仿真技術已經成為一個用于補充常規授課內容的理想工具，無論在國外還是在國內，其在教育領域中的應用都取得了一定的成績。

隨著信息技術應用越來越廣泛，傳統行業需不斷同高新技術進行有效結合，才能保持行業持續積極發展。虛擬仿真技術在游艇設計與教學的應用中效果顯著，基于VR技術而構建的游艇虛擬體驗系統為虛擬仿真技術體驗用戶提供了一種身臨其境的空間體驗感，使體驗者能夠全身心投入其中。虛擬仿真技術作為新型的演示媒介，不僅能有效促進設計師、游艇公司與船東多方有效交流，更能為游艇品牌產品提供有力的傳播和推廣。與此同時，還能響應教育部新學科教學改革戰略號召，結合教案方案的設計將游艇虛擬仿真系統應用于游艇設計教學項目中，顯著提升學生的學習興趣，助力學院教學工作效果的提升。