淺析虛擬技術(shù)在船用分油機(jī)上的應(yīng)用

鐘韜

摘 要 現(xiàn)代人們對(duì)信息的要求已經(jīng)發(fā)生改變，過去僅僅應(yīng)用打印輸出端口或者是把信息處理的最終結(jié)果顯示在屏幕上的方式已經(jīng)無(wú)法滿足人們的需求。人們現(xiàn)在渴望通過視覺、聽覺以及觸覺等多種渠道、多種方式進(jìn)行信息的了解，并希望應(yīng)用形體、手勢(shì)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(shù)字化信息空間上構(gòu)建，而是在一個(gè)多維化的空間進(jìn)行組建，要求在定性與定量融合，理性認(rèn)識(shí)以及感性認(rèn)識(shí)結(jié)合在一起的綜合環(huán)境中。上世紀(jì)90年代初期虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，為此種多維信息空間構(gòu)建提供了支持。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)信息處理也發(fā)生變化，將計(jì)算機(jī)從善于處理數(shù)字化的單位信息變?yōu)樯朴谶M(jìn)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(shù)字化信息以外的各類表現(xiàn)形式的多維信息。本文結(jié)合實(shí)際工作談?wù)勌摂M技術(shù)在船用分油機(jī)上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】虛擬技術(shù) 分油機(jī) 航運(yùn)

1 前言

為了與現(xiàn)代社會(huì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度相適應(yīng)，滿足信息化社會(huì)的需求，使信息能夠?yàn)槿嗣袢罕姼玫姆?wù)。為此需要人們不斷提升自身以及信息社會(huì)接口能力，使人們?cè)谛畔⒗斫夥矫婺芰Φ玫教嵘Ｉ鲜兰o(jì)中期，美國(guó)科學(xué)家Jaron Lanier提出了虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，在其出現(xiàn)以后，近幾年在各領(lǐng)域中也得到了迅猛發(fā)展。此種技術(shù)通過將多種科學(xué)融合在一起，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)、美學(xué)、數(shù)學(xué)等等學(xué)科，應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理以及模式的識(shí)別，以及人工智能、多傳感器技術(shù)以及實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)等，讓人切實(shí)的感受到計(jì)算機(jī)生成的交易場(chǎng)景，在對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)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(xùn)、商業(yè)、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)以及娛樂等方面都得到了廣泛應(yīng)用，為社會(huì)的發(fā)展創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)利益。美國(guó)國(guó)家工程院已經(jīng)將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)納入到現(xiàn)時(shí)代中14項(xiàng)重大工程技術(shù)挑戰(zhàn)項(xiàng)目中，如果這些技術(shù)挑戰(zhàn)成功，為人們生活現(xiàn)狀改善將有著十分重要的意義。

2 船運(yùn)行業(yè)遇到的問題

隨著航運(yùn)行業(yè)目前的持續(xù)低迷，很多船舶企業(yè)為減少費(fèi)用支出，所使用的燃油質(zhì)量也受到影響，不斷變差，對(duì)船用分油機(jī)要求不斷提升，為滿足此種需求，分油機(jī)的結(jié)構(gòu)需要不斷的改善。為讓學(xué)員可以對(duì)當(dāng)前船用分油機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、工作過程以及拆裝、維護(hù)等內(nèi)容有所了解，并且熟練掌握，學(xué)員應(yīng)當(dāng)展開船用分油機(jī)的具體拆裝實(shí)驗(yàn)。不過分油機(jī)設(shè)備價(jià)格較高，又無(wú)法實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生反復(fù)拆裝，一些新型的船用分油機(jī)想要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室中供學(xué)生拆裝更加困難。在現(xiàn)代航海教育實(shí)操設(shè)備中，輪機(jī)模擬器在船員培訓(xùn)方面有重要作用。通過輪機(jī)模擬器在船員培訓(xùn)方面的應(yīng)用，達(dá)到了快速、高效的作用，在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外航海界得到了廣泛的關(guān)注與重視。國(guó)際海事組織 IMO（International Maritime Organization）在 STCW78/95 公約的規(guī)定中，對(duì)航海技術(shù)、輪機(jī)工作人員的培訓(xùn)以及評(píng)估進(jìn)行規(guī)定，要求比要經(jīng)過模擬器實(shí)操評(píng)估方案才可以得到適任證書。

國(guó)內(nèi)的航海院校、培訓(xùn)組織使用的訓(xùn)練模擬器多數(shù)是通過實(shí)物教學(xué)或者半實(shí)物方針模擬器教學(xué)的方式，這兩類教學(xué)方法能夠使學(xué)員進(jìn)行設(shè)備拆裝，讓學(xué)員對(duì)設(shè)備內(nèi)部情況進(jìn)行直接觀察，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的正確認(rèn)識(shí)與理解。不過此類教學(xué)方法也存在不足：

2.1 設(shè)備數(shù)量有限

各大航運(yùn)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(xiàn)在培訓(xùn)機(jī)構(gòu)學(xué)員的數(shù)量增加，這也使培訓(xùn)組織的教學(xué)設(shè)備與人員數(shù)量之間的矛盾加深，對(duì)培訓(xùn)教學(xué)帶來(lái)嚴(yán)重不良影響。

2.2 設(shè)備受到損害嚴(yán)重

在教學(xué)中進(jìn)行設(shè)備的拆裝，很容易使設(shè)備受到損害，使設(shè)備可拆卸以及操作的功能受到影響。

2.3 設(shè)備更新慢，再開發(fā)受到阻礙，與現(xiàn)代科技發(fā)展不相適應(yīng)

當(dāng)前很多培訓(xùn)組織模擬器應(yīng)用的是船舶上淘汰下的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與當(dāng)前的船舶設(shè)備存在很大的差異。而新的設(shè)備價(jià)格過高，用來(lái)教學(xué)拆裝，會(huì)造成一定浪費(fèi)。

2.4 培訓(xùn)區(qū)域的限制

通常學(xué)員要到官方特定的培訓(xùn)組織、靠墊進(jìn)行考核，這會(huì)使考生的時(shí)間與精力花費(fèi)過多，對(duì)學(xué)生考試結(jié)果也會(huì)有一定影響，使考生家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)加重等。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

上述這類問題對(duì)船員教育以及培訓(xùn)事業(yè)的成長(zhǎng)帶來(lái)阻礙，對(duì)航運(yùn)事業(yè)發(fā)展帶來(lái)制約。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有虛擬性，通過這種特點(diǎn)的應(yīng)用進(jìn)行分油機(jī)虛擬拆裝，就可以將傳統(tǒng)的實(shí)物拆裝訓(xùn)練存在的問題得到解決，同時(shí)為輪機(jī)模擬器前進(jìn)開辟了新的路徑。船用分油機(jī)虛擬拆裝系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行深層次探究，虛擬拆裝一些現(xiàn)實(shí)中不能拆裝的部件，能夠預(yù)防在進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)中使人身安全受到影響。虛擬拆裝系統(tǒng)還可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的影響，有較高的仿真效果，組合也比較方便，進(jìn)一步拓展也很簡(jiǎn)單。這就可以使設(shè)備投放次數(shù)的減少，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)物拆裝訓(xùn)練進(jìn)行補(bǔ)充。而且虛擬場(chǎng)景的內(nèi)容更新迅速，能夠?yàn)楝F(xiàn)代教學(xué)的實(shí)物訓(xùn)練提供更多便利，尤其是對(duì)專業(yè)訓(xùn)練的多樣、多變有更多幫助。

目前，以船用分油機(jī)為研究對(duì)象，像CAXA、MAYA、Creator 以及 3d studio max等等都可以用來(lái)進(jìn)行虛擬建模，這些軟件有一定的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也存在不足。在建模時(shí)選擇哪一種軟件，主要是根據(jù)軟件能否達(dá)到將模型的特點(diǎn)展示出來(lái)，與此種軟件格式能否與后續(xù)仿真軟件兼容，兼容的效果如何等。應(yīng)用虛擬仿真軟件VR-Platform進(jìn)行三維模型配置、渲染，同時(shí)應(yīng)用Vissual C++達(dá)到對(duì)分油機(jī)虛擬模型的交互拆裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將船舶設(shè)備拆裝過程的展示。在操作中，僅僅需要通過鼠標(biāo)以及鍵盤，就可以達(dá)到對(duì)三維實(shí)體模型的操控，達(dá)到對(duì)設(shè)備無(wú)數(shù)次的虛擬拆裝。在這樣的虛擬場(chǎng)景中，學(xué)員可以通過多角度進(jìn)行觀察，對(duì)分油機(jī)結(jié)構(gòu)有深入的了解，有助于將理論與實(shí)踐聯(lián)系在一起，提升船員的知識(shí)水平。并通過為每一個(gè)學(xué)員進(jìn)行表單的建立，將學(xué)員進(jìn)行分油機(jī)虛擬拆裝的操作情況保存起來(lái)，對(duì)學(xué)員考核就根據(jù)這些操作表單進(jìn)行，進(jìn)而對(duì)考生的情況進(jìn)行評(píng)分。此種協(xié)同可以方式評(píng)估老師在評(píng)分中主觀臆斷的情況，提升了評(píng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重要特點(diǎn)，在船用分油機(jī)虛擬拆裝技術(shù)使用中，輪機(jī)工程專業(yè)教育培訓(xùn)，對(duì)船舶設(shè)備動(dòng)力拆裝實(shí)驗(yàn)中學(xué)員與設(shè)備在數(shù)量中的矛盾解決提供幫助，讓所有學(xué)生都擁有反復(fù)練習(xí)的機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)習(xí)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(biāo)處 上海市 201208