基于Web3D的虚拟船舶电站操控模拟器研究

摘要

本文选取船舶电站模拟器为研究对象，旨在做探索性的研究。 用户通过Internet来观察三维图像及实时互动时，由于数据不是从本地硬盘中读取，运行环境也各不相同，传统的解决办法只能是在Web服务器端生成图像，再一幅幅地传给客户端显示，由于网络带宽的限制，这种方法很难满足网络在线三维图形开发的需要。本文提出大型在线虚拟现实技术的VRML(Virtual Reality Modeling Language)三维场景及其交互方法。其基本思路是：1)制作机舱中各机电设备的VRML 矢量三维数字化模型；2)通过脚本程序接口建立各机电系统控制数学模型，以驱动三维虚拟场景的动作；3)通过网络传输模型文件，下载后在本地计算机上用VRML浏览器进行实时渲染，显示具有交互性的三维图像和图像动画。 本课题以一条2700TEU 集装箱船舶电站为原型，利用VR(Virtual Reality)技术制作了船舶电站配电屏及辅助柴油发电机组、应急发电机组、轴带发电机组的三维可视化模型，利用真实的数学模型控制三维场景，结合多媒体的声、光、文字注释等手段，制作了“集美大学轮机工程学院船舶电站虚拟操纵系统”，并通过Apache 用Web站点发布，在互联网上真实的再现了船舶电站模拟器场景。 用户随时随地登录服务器，以个人计算机为中心，以显示器为观察窗口，无需昂贵的专用设备(如数据手套、头盔)，仅借助鼠标和键盘控制自己的视点和视角，就可以对虚拟场景进行全方位的浏览和交互，实现虚拟场景的动态漫游和实时交互。 通过声音、文字、视频等辅助性的手段，形象地介绍船舶电站系统的部件、功能及各评估项目的操作过程等，如重载时的声光报警、机舱的声音及海浪、海鸥的声音等。一些常规操作的操作步骤均以视频及文本的形式挂在网页上，可供用户随时查看。 通过将虚拟场景与数据库相连，可以保存用户的所有操作记录，以供教师对用户的操作情况进行检查及评判。系统管理员和教师用户还可以根据实际情况随时随地在线修改或制作、上传虚拟场景模型及数学模型，也可以添加已做好的各种.wrl 格式的虚拟场景文件及数学模型，使系统具有扩展性、功能具有伸缩性。