可视化仿真技术在船海学科发展中的研究进展的综述Word格式文档下载.docx
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由于时间和
学识所限，如有错误和不到之处，还请见谅!
根据XX百科给出的定义：
可视化仿真就是通过增加文本提示、图形、图像、动画
表现，使仿真过程更加直观，结果更容易理解，并能验证仿真过程是否正确。
需要注意的
是，可视化仿真同时也包涵虚拟现实、增强现实技术。
结合参考文献在综述过程将按照
研究或应用涉及的具体领域、使用的软件或硬件工具、涉及的具体技术等等方面具体展开。
由于这方面的进展很多，时间和篇幅所限不能一一列举参考文献，仅采有具有代表性的文
献。
另外，虽然文献综述不应该分章，但是按照本次课程论文的要求，即参照毕业设计格
式，本文分为三章。
希望见谅。
关键词：
可视化仿真，船海学科，虚拟现实，增强现实
1
Abstract
Thispaperisapaperwhichisrequiredtobesubmittedinthetermofthedevelopmentofthe
marinescience.Incombinationwiththerequirementsofthethesisandmyinterest,theselected
titleofthethesisisareviewoftheapplicationresearchofvisualsimulationtechnologyinthe
developmentofmarinescience.Thispaperdiscussesthedefinitionofvisualsimulation,the
applicationandresearchofshipandoceanengineering,andintroducesthevarioussoftwaretools,
hardwaretools,applicationcasesandsoon.Andinthelastpartoftheconclusionofthe
summaryandoutlook.Duetolackoftimeandlimitedknowledge,ifthereisanerrorandno
place。
AccordingtothedefinitionofBaiduEncyclopediagiven:
visualsimulationisthrough
increasedtexttips,graphics,images,animation,makesthesimulationprocessmoreintuitive,
resultseasiertounderstandandverifythesimulationprocessiscorrect.Thisarticlecombined
withthereferenceinthereviewprocesswillbeinaccordancewiththespecificareasofresearch
orapplicationinvolved,theuseofsoftwareorhardwaretools,thespecifictechnicalaspects
involved,etc..Duetoalotofprogressinthisareaandthetimeandspacelimited,listing
referencesonebyonecanbeachieved.
Keywords:
visualsimulation,marinescience,virtualreality,augmentedreality
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目录
第一章绪论...........................................................................................错误！
未定义书签。
第二章可视化仿真在船海学科中的应用与研究进展综述..............错误！
第三章结论...........................................................................................错误！
3
第一章绪论
随着现代仿真技术发展而衍生出来的一种仿真形式，通过增加文本提示、图形、图像、
动画表现等方式，使仿真过程更加直观，结果更容易理解，并能验证仿真过程是否正确，
这就是可视化仿真技术。
值得注意的是，可视化仿真技术在船舶与海洋工程学科中包含时
下流行的虚拟现实技术和增强显示技术。
可视化仿真技术的特点就是表现形式丰富，有一
定仿真度，过程直观，易于理解，成本较低，尤其适用于虚拟仿真训练、虚拟展示等用途。
目前，可视化仿真主要是基于计算机平台的，就像参考文献[1]一样，但是有时会采用
一些外在设备加强，这就涉及到增强现实技术（AR,AugmentedReality）,例如参考文献[2]。
自然而然，在可视化仿真中，必然不会缺少在移动端的应用，由于缺少在船海学科中应用
和研究的相关文献，结合其他相关文献，将在结论部分做出总结和展望。
参考文献[1]中使用软件MultiGenCreator／VegaPrime开发视景仿真系统的方法，探讨
了三维建模中的一些技术，并以船舶动力装置虚拟仿真系统开发为背景，实现用Vega进
行视景驱动、碰撞检测等一些功能，并给出了对VegaPrime关键类的使用方法和开发步骤。
参考文献[2]主要使用数学统计分析的方法，探讨在虚拟拆装设备操作中，采用增强现
实的方案，标志物（位置传感芯片）和手操作触觉反馈设备的使用与仿真结果之间的关联。
得出的结论是：
是否采用标志物和手操作触觉反馈设备，与仿真效果无关。
所谓标志物，
是用来只是物体变化未知的传感器芯片，而目前我们已经可以通过特殊的摄像头直接计算
物体位置的变化，显然，根据这个结论，我们可以省去采购传感器和手操作触觉反馈设备
的费用。
可视化仿真在船海学科发展中应用中目前还未见有移动端的应用和发展，但是我们认
为随着手机、平板等移动设备的普及，基于移动端的虚拟拆装、虚拟训练等必将在船海学
科教学中占有一席之地。
船舶与海洋工程学科教育中包含大量的机电设备操作学习，如果
能对一些小型设备，在移动端进行可视化仿真，例如针对参考文献[4]中船舶柴油机的虚拟
拆装系统，完全可以采用一些游戏引擎（如Unity3D），在移动端实现船舶柴油机子系统
4
的工作过程的动画演示（即多媒体教学）、虚拟拆装、虚拟拆装操作、远程智能评估考试相
信可以取得良好的教学效果。
由于可视化仿真的范围非常广，对其进行详细介绍比较困难，所以下一章节将结合可
视化仿真在船舶与海洋工程学科的应用案例对其特点加以说明。
在本文最后一章---结论，
总船海学科可视化仿真的特点，并对未来发展进行展望。
如有错漏之处，还请见谅！
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第二章可视化仿真在船海学科中的应用与研究进展综述
可视化仿真在船海学科中主要涉及的领域有船舶机械设备等制造仿真，如参考文献
3],参考文献[3]中作者主要介绍了西班牙著名造船软件FORAN在虚拟现实领域的应用。
[
比如在船舶设计阶段FORAN可以提前检测出船舶机电设备布置的冲突、使用假人测试船舶
机电设备是否布置合理、参与船舶制造过程仿真等等，值得注意的是，我国三维造船软件
如东欣软件和SB3DS等也可以部分做到。
可视化仿真离不开三维模型的建立，这就要使用一些三维模型软件如UG、3DMAX、
Pro/E、SolidWorks等。
值得注意的是这些软件可以在某种程度上做到可视化仿真，比如
虚拟拆装，拆装过程的动画演示等。
如参考文献[4]，基于SolidWorks的船舶柴油机的虚
拟拆装系统的研究,作者指出以下优点：
①提高设计效率。
在船舶柴油机的设计过程中,
及时发现设计的缺陷,并及时的修改,最大限度减少废品,降低设计和制造成本。
②教学
和虚拟拆装培训。
在船舶柴油机的教学和拆装培训中减少了人员及设备的使用,提高企
业的经济效益。
在现场进行拆装,需要至少3～4名人员,同时还需要各种设备,包
括起吊工具,气阀拆装钳等,而虚拟拆装每人只需配备一台电脑即可。
③节省空间资源。
真实拆装现场,满地都是拆下来的螺栓、螺母,还有活塞、连杆、气阀等。
虽说是摆放整
齐,但却浪费了地面资源,而虚拟拆装不存在这一问题。
④直观,便于整体掌握。
船舶
柴油机的虚拟拆装,在视觉上，直观明了，相比真实拆装,它更便于学生整体把握柴油
机的拆装工艺。
可视化仿真可以使用一些如c#.net、python、c++等编程语言进行仿真和虚拟训练等。
如参考文献[5],作者使用c#.net语言设计了船舶电站训练系统仿真控制平台，部分效果如图
二。
显然可以取得良好的教学和训练效果。
虚拟现实是可视化仿真的一个重要方向，但是它需要游戏引擎和相关编程语言的支
持，目前船海学科中虚拟现实应用的有游戏引擎主要有Unity3D、Virtools、Orge等。
目
前游戏引擎大多支持虚拟现实及其后续的智能评估。
如参考文献[9]，其采用Web3D技术，
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结合VRML语言和MySQL数据库，主要实现主机控制台的建模及其启动和虚拟操作、远程
评估考试。
关于船海学科的可视化仿真中，基于智能评估和虚拟现实的考试，逐渐应用，如参考
文献[14],作者开发面向实操评估的轮机虚拟拆装考试系统,部分效果如图4，根据实操评
估过程的评价指标，采用操作类和问答类两种考核方式组织考试过程，实现兼容两种考核
方式的自动评分功能。
其中采用3DMAX软件开发模型，制作拆装动画，使用开源引擎Orge
进行最后完成开发。
其开发的考试系统被应用于内河船员轮机实操评估。
结果表明，评估
结果公正客观，评估过程合理，系统具有较强的真实感和易用性。
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第三章结论
经过前面的介绍，我们可以看到，可视化仿真在船海学科中的应用和研究有以下特点：
第一，可视化仿真在船舶与海洋工程学科中，有广泛的应用。
按其应用领域，主要表
现工程应用、工程研究、教育等方面。
在工程应用中，可视化仿真可以涉及船舶设计、船
舶制造、船舶生命周期维护等等，这可以见于一些三维船舶设计软件，如FORAN等，同
理，以一些三维图形设计软件为代表的可视化仿真，可以应用于船舶机电设备设计、制造
等；
船舶与海洋工程研究中，可视化仿真可以有助于提前发现问题，比如船舶与海洋学科
中广泛应用Matlab、LabVIEW软件，其就可以提供可视化仿真功能，比如LabVIEW提供可
视化的虚拟仪表仿真。
按其仿真对象分类，主要是二维实物模型仿真、三维实物模型仿真
及各种船舶控制系统和船舶电力系统仿真。
参考文献[1]、[5]和[8]主要是船舶仪表的二维
界面方针；
参考文献[4]、[9]是三位实物模型的仿真，参考文献[13]是基于船舶防污染系统
的可视化仿真。
第二，可视化仿真具有很多优点。
主要具有经济性、直观性。
与实物相比，可视化仿
真可以在一定程度上达到实物的要求或者效果，充分节省成本；
可视化仿真由于采用了界
面、动画等手段，具有直观性。
如参考文献[13]，轮机模拟器防污染系统的建模与可视化
仿真研究，如图4，作者通过船舶防污染系统的建模和可视化仿真实验表明，“系统的功
能与实船设备相同，能够满足训练和培训的要求；
可视化仿真界面的动态变化形象、逼真，
达到了可视化仿真的设计要求。
”同时相对与实物成本，这套仿真系统无疑可以节省大笔
费用。
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第三，可视化仿真在船舶与海洋工程学科教学中应用还比较少。
比如作为船海学科的
学生，我们需要成熟机舱虚拟漫游，以供学生可以参观，甚至实践操作，既增加学生学习
兴趣，也是现代化教学手段的重要补充。
在船舶与海洋工程学科教学中，往往需要理解一
些复杂的工艺和系统，而相关仿真软件又比较大或者操作复杂（如matlab、labview、inventor
等软件），缺少轻量化的仿真软件，以供学生更好地学习了解。
比如船舶焊接工艺，完全
可以通过可视化仿真加深学生的学习印象，船舶各种泵阀系统、电气系统可以使用仿真软
件，通过学生操作，加深其理解和掌握。
现在学生都拥有功能强大的智能机，但是很少有
关于船海学科可视化仿真的移动端的软件的文献报道。
根据以上船舶与海洋工程学科中可视化仿真的特点，我们可以对未来船舶与海洋工程
学科中可视化仿真的发展做出以下展望：
第一，目前船舶与海洋工程学科中可视化仿真工具，目前已经相对成熟，可基本满足船舶
与海洋学科不同领域、不同对象的仿真要求。
这个我们在上文可视化仿真在船舶与海洋工
程学科特点一中可以看出。
随着虚拟现实、增强现实等概念的发展，以及相关工具（unreal
等引擎和Kinect等虚拟现实设备）的普及，可视化仿真可以在船舶与海洋工程学科中如
教学、设计、设备维修等方面有更深入的应用。
比如参考文献[15]用unity3d制作了虚拟训
练系统，同理，船员培训中也可以采用这种方案。
参考文献[16]中增强现实技术可以用于
指导船员的拆装设备的维修和安装。
第二，在船舶与海洋工程发展中，可视化仿真有向移动端仿真的趋势。
现在移动端如
手机、平板等已经具有相当的计算能力，那样可以作为便携式工具，应用于船舶与海洋工
程学科的教学、培训、维修等方面。
参考文献[16]中就是直接使用手机，处理其拍摄到的
照片，实现相应的效果。
比如，在目前，几乎每个学生人手一部智能机的的时代，如果使
用可视化仿真，开发船舶电站仿真系统，便于随时学习和使用，也便于师生之间的及时交
流，能够取得良好的教学效果。
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致谢
在本次《船海学科发展动态》完成之际，感谢各位专家教授耐心给予我们讲解介绍，
让我对船海学科发展有了一个整体的认识。
各位老师在百忙之中热心讲解，细心指导，
严谨认真的态度，丰富的学识，深厚的学术修养，令人敬羡，定将使我终身受益。
在此再
次对吴卫国、杨建国、周瑞平、蔡薇教授致以诚挚的谢意。
同时，在研究生第一学期即将画上句号的时候，我还要感谢父母对我求学的支持，感
谢各位师长同学对我成长的帮助，我特别感谢仿真中心的徐弘基、张波同学对我学习和
成长的帮助，感谢我的指导老师孙俊、商蕾老师对我帮助，感谢父母家人对我求学的支持。
最后，感谢审阅老师在百忙之中，抽出时间，由于时间和学识所限，如有错误，还请
老师海涵和指教。
再次表示衷心的谢意！
！
[1-14]
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