基于虚拟现实技术的LNG船舶仿真系统

时光志,周毅,李萌,张海涛，王瑛

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

虚拟现实技术(virtual reality,VR)在船舶领域应用广泛[1]，其交互性、沉浸感和构想性的特性可以较好地解决传统教学、训练方法无法解决的问题。相比其他船舶，LNG船的驾驶及货物装卸难度较大，为提高船员对LNG船舶的整体认知及应对各种海况的能力，有必要开发LNG船舶航行仿真系统。近几年，国内在虚拟船舶仿真领域的研究较多，主要集中在船舶运动数学模型开发、航行环境模拟等[3-5]。缺少对船舶主体和相关设备的仿真研究，也没有将海上航行环境、船舶运动数学模型、船舶三维模型等有机结合起来。根据LNG船舶的实际航行情况，考虑围绕三维船体和虚拟航行环境，开发基于虚拟现实的LNG船舶仿真系统，以达到降低学习、训练成本和风险，提高对LNG船舶整体认知的目的。

1 总体设计

LNG船舶仿真系统是一个人机交互平台，利用最新的虚拟现实理论，通过刚体、流体建模及航行环境模拟等基于物理的复杂场景动态演化技术实现高沉浸感、高可信度的虚拟仿真系统。仿真系统的总体架构见图1。

图1 仿真系统总体架构

2 关键技术

2.1 船舶运动数学模型

考虑到船舶自身的运动问题和海面与船舶的相对运动问题[6]，采用固定坐标系和运动坐标系相结合，船舶运动的描述更符合实际航行情况。如图2所示，为了简化方程，将运动坐标系固定在船体上，该坐标系随船体做多个方向的轴向运动。……