[发明专利]一种高真实感的船舶机舱设备三维虚拟考评训练系统

说明书

本发明提供一种高真实感的船舶机舱设备三维虚拟考评训练系统，包括人机交互模块、拆装任务模块、虚拟漫游环境模块、评估考试仿真模块以及轮机设备模型数据库；所述拆装任务模块依次与虚拟漫游环境模块和评估考试仿真模块通信连接；操作者可通过快捷键输入指令对所述虚拟漫游环境模块进行操作，所述软件界面单元对操作训练进行三维动态显示，采用离线烘培和在线着色器编程实现高真实感的高光及明暗效果；学员根据设定的虚拟环境进行机舱设备虚拟维护训练；系统实现一种可用于教学与考试的多功能虚拟仿真系统。本发明的训练成本投入少，训练效率高。

技术领域

本发明涉及船舶维护训练技术领域，具体而言，尤其涉及一种高真实感的船舶机舱设备三维虚拟考评训练系统。

背景技术

在船员教育与培训领域，理论考试与实操评估是船员管理与发证的重要环节。目前理论考试已全面采用计算机进行无纸化考试，但实操评估因其考核内容的特殊性，长期以来一直采用实物进行评估。目前海船船员实操评估通常在陆地具有相应设备的实验室进行，内河船员实操评估则较多在实船进行评估。现有的考核方式存在设备投资成本大、安全风险高等不足。

随着计算机技术的发展，在职业教育与实训领域采用虚拟现实技术辅助教学已有较多成功案例。采用三维手段在计算机中构建虚拟的轮机设备并进行实操评估已成发展趋势,这种考核方式可以给学员提供虚拟的学习环境，避免实物操作造成的安全风险和故障。民用船舶领域中使用虚拟现实仿真技术的研究也一直在进行，其中挪威NorControl公司生产的轮机模拟器和英国船商有限公司生产的轮机模拟器一直处于世界领先水平，但还未见有关于轮机设备虚拟拆装相关的软件。

发明内容

根据上述提出船员在教育与培训的过程中，因实操评估受场地与资源的限制的技术问题，而提供一种高真实感的船舶机舱设备三维虚拟考评训练系统。

本发明采用的技术手段如下：

一种高真实感的船舶机舱设备三维虚拟考评训练系统，包括：

人机交互模块，包括软件界面单元和快捷键设置单元；

拆装任务模块，调用轮机设备模型数据库内部预存有用于构建和存储船舶机舱设备虚拟拆装训练所需的零件级模型进行拆装；所述拆装任务模块依次与虚拟漫游环境模块和评估考试仿真模块通信连接；所述拆装任务模块提供接口与评估考试仿真模块连接用于变更拆装任务，方便分配拆装任务；

虚拟漫游环境模块，包括场景构建单元、拆装工艺规划建立单元、拆装过程评价模型生成单元、交互控制单元、拆装过程约束管理单元以及碰撞检测单元，所述虚拟漫游环境模块与所述人机交互模块通信连接，操作者通过快捷键输入指令对所述虚拟漫游环境模块进行操作，所述软件界面单元对操作训练进行三维动态显示；

评估考试仿真模块，包括教学单元、训练单元以及考核单元且所述评估考试仿真模块连接所述人机交互模块。

进一步地，系统还包括：

轮机设备模型数据库，为所述拆装过程评价模型的生成提供了理论依据，并预存储有专家知识和经验的数据库，其内部预存有零件级模型以及零件装配规则。

进一步地，所述零件级模型包括船舶主机模型、发电柴油机模型、空压机模型、分油机模型、锅炉模型、泵浦模型、冷却器模型、阀门模型、滤器模型、轴系模型、螺旋桨模型及配套专用工具模型。

进一步地，所述拆装过程评价模型生成单元采用层次关系和关联关系结合的方式，生成船舶机舱设备拆装过程模型。

进一步地，所述拆装过程评价模型生成单元还引入跳跃拆装路径以实现系统中针对目标拆卸的训练。

进一步地，所述场景构建单元构建虚拟拆装场景船舶机舱设备三维模型的过程包括：

S1：收集资料，整理出所需要的参考模型照片、CAD/PDF图纸以及设备的尺寸数据；