【论文分享】探讨Quest 3D在第三代轮机模拟器发展中的应用

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　　　探讨Quest 3D在第三代轮机模拟器发展中的应用
　　摘要：轮机模拟器即将进入第三代发展阶段，与虚拟现实技术的结合是发展的必然选择，本文在比较现有虚拟互动平台的基础上探讨quest 3d 在第三代轮机模拟器发展中的应用前景。
关键词：quest 3d；轮机模拟器；仿真平台
1 引言
作为培训现代远洋轮机人员高效、经济、安全的设施之一的轮机模拟器，虽然不能替代实船,但对于提高实船操作中所必须的安全操作能力以及快速反应能力,缩短船员适应时间、减少海上事故的发生发挥了重要作用。国际海事组织( imo) 在stcw78/ 95公约中已将其列人船员培训的必备条件之一。基于轮机模拟器不可替代的作用，本文针对目前市场上出现的三维软件及其平台进行比较分析，结合国内引进的vr技术，探讨quest 3d 在轮机模拟器发展中的应用前景。
2 国内轮机模拟器的发展
目前的轮机模拟器基本可以分为两代：第一代以实物为主，是基于真实船舶的类型；第二代以半实物为主，集控室内的控制屏和驾驶台等采用实物仿真，其内部逻辑控制采用硬件或数学仿真实现。目前主流产品多为第二代。
国外, 80年代已开始对船舶动力装置的系统仿真。我国轮机模拟器的研制起步晚，条件差, 但起点高, 发展也快。国内有代表性的研制单位有上海海事、大连海事和武汉理工。
武汉理工自1991年开始, 1994年研制成功以教学船舶为对象的模拟器。大连海事大学研制的dms-2000是基于虚拟现实的船舶轮机模拟器。上海海事大学于1998年研制成功以大型集装箱船舶为对象的仿真模拟器smsc-2000，于1995年审核通过。是以中国远洋运输公司的第三代集装箱船为母型。而且是一个以大型集装箱船舶为仿真对象基于网络技术的的模拟器，在2000年上海展览会上,受到一致好评。2007年5月，上海海事自行开发研制的具有世界先进水平的轮机模拟器——木兰仿真中心落成。
上述两代传统模拟器在培训和实际教学中都发挥了重要作用，但也有不足之处：(1)故障率高、工作稳定性差、二次开发困难；(2)占地面积大且价格贵；(3)一次能参加训练的人员数量有限。这些都严重影响培训以及教学效果，制约模拟器价值的充分发挥。研发第三代轮机模拟器是市场的需求。立足于web3D 虚拟网络和仿真平台的第三代模拟器，通过 vr 技术对实船进行交互式控制及虚拟模拟。实现身临其境的交互操作和虚拟漫游是第三代轮机模拟器的突出优点。
3虚拟现实技术介绍
虚拟现实( virtual reality, 简称vr) 技术是一种逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术.虚拟现实技术能实时提供人机交互式操作环境并且有三维空间表现能力，同时给人带来了身临其境的感受,真正做到沉浸感.近年来,取得了令人瞩目的成就. 它始于航空航天和军事领域，近年，虚拟现实技术大步走进教育培训、文化娱乐，空间展示设计、工业设计、建筑设计及新媒体艺术设计等。 “2010年上海世博会网上世博会” 通过虚拟现实技术在网络上直观呈现了园区的三维场景，作为一个全新的概念呈现在我们面前。借助3d，访问者通过拖拽鼠标即可浏览园区全貌，如同行走在黄浦江畔的世博园一样。通过互联网，还能把世博会无限延长，实现了交互式沉浸式的互动媒体设计。
4虚拟互动平台
4.1 目前市场上的虚拟互动平台
国内外已开发多种虚拟现实互动平台。其中，瑞典cycore公司的cult3d，主要支持在线浏览、操作交互式三维产品模型，面向电子商务；美国multigen-paradigm公司开发的用于实时视觉模拟和数据分析的multigen creator，是行业中最主要的工业和军事训练软件；另外法国的virtools应用于实时3d环境虚拟计算机游戏开发、多媒体建筑设计、教育训练、仿真与产品展示等。另外还有由国内深圳希技数码科技自主开发的hd（house designer）平台，应于室内设计和空间展示，还有应用于三维互动仿真平台的北京中视典数字科技开发的vr-platform等。
4.2 quest 3d的优势
除了上述的平台，还有quest3d。在directx基础上开发，由荷兰act-3d公司设计,是面向图形设计人员及高级程序设计师的快速开发平台, 能够提供丰富的预设channel, 每个channel都有特定的功能, 在quest3d的channel 编辑器中安排和连接相关的流程, 即能构建具备复杂功能的仿真应用程序。该软件里的所有的编辑器都可视并图形化, 能够实时呈现执行后的效果。拥有真实的物理引擎, 可以进行物理模型的仿真,具备强大的网络模块， 为产品并行设计提供强大的技术支持。因此, 考虑采用quest3d开发轮机模拟器。
通过3dmax建成三维实体模型, 包括几何模型、光照、纹理等, 然后将其导入quest3d。随后在组织模块过程中完成相应参数设置以及调用相应的channel, 对模型渲染,设置纹理、灯光、材质以及视点等,利用交互逻辑控制实现人机交互以及漫游等。作为虚拟互动案例开发平台的quest3d，与其他平台相比，更适合设计师，通过节点网络式编程实现交互逻辑设计，因此设计师不需编写复杂代码，直接使用功能化模块即可实现特定功能，因此这些模块易于使用且便于扩展。设计过程中的可视化和实时编辑能给设计带来很大便利，给互动媒体开发和产品设计人员提供自由想象空间。特效方面，支持多种视觉特效和物理模拟（如hdr，法线贴图、多层通道贴图、流体、毛发系统、实时反射等）等先进技术，以及立体显示能与外部控制设备相连，此外还有多用户网络运行等。所以，在虚拟互动和新媒体创作方面有很大优势。
3d软件应用较广泛的是3d max 和maya。相比于maya，3d max有更多的建模手段，能将角色形象和环境制作的更逼真形象。3d max 编辑网格的方式建模兼容性要好，模型不占系统资源，利于画面的运作。maya 则有强大的材质处理，摄像，灯光，特效功能。
通过应用quest 3d ,将其与3d max结合，模拟机舱三维场景,学员通过三维呈现方式对机舱设备能够全方位掌握, 通过沉浸感，面对瘫车启动、应急设备操作和机械故障的处理能有全新的认知。伴随着quest 3d 和三维软件在轮机模拟器中的应用, 虚拟控制台及仿真的对象将不断得到完善, 物理控制台硬件也将逐渐被淘汰, 轮机模拟器即将进入完全的软件操控时代。
5结束语
quest 3d 作为一种比较好的虚拟互动平台，在第三代船舶轮机模拟器中有比较好的应用前景，相信与三维软件结合一定能使轮机模拟器更好更快发展。作为衡量一个国家技术水平高低标志之一的轮机模拟器领域，我国与国外先进水平相比还较为落后，希望我们作为祖国的未来，能为中国模拟器发展事业做出自己的贡献。
参考文献：
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