虚拟船舶配电板的建模及手动并车仿真操作
摘 要:为提高船员培训的船舶电站操作模拟器的性能,基于Web 3D技术和三维网络程序设计语言VRML,建立船舶配电板三维场景及手动并车仿真操作系统.该系统通过选择建模工具、建立配电板三维模型及造型优化实现配电板整体建模;基于已建好的三维造型,利用VRML语言的事件机制与路由机制,结合JavaScript编写的脚本程序实现手动并车仿真操作;通过将三维场景及人机交互过程进行网上发布,实现远程、网络式教学与培训的目的.
关键词:船舶配电板; Web 3D; VRML; 手动并车操作
中图分类号:U664.23; U665.14文献标志码:A
Modeling for V.R. ship’s switchboard and realization for
simulating operation of manual paralleling
WANG Yongjian, YANG Guohao
(Marine Engineering Institute, Jimei Univ., Xiamen Fujian 361021, China)
Abstract: In order to enhance performances of ship power station operating simulator, which is used to the sailor training, a three dimensional scene model about a V.R. ship’s switchboard and a manual paralleling simulating operation system is established, based on Web 3D and VRML, The system entirely through selecting modeling tools, building-up the three dimensional model, and optimizing the sculpt to realise the modeling of ship’s switchboard. According to the three dimensional model, by means of the event and route mechanisms of VRML combining with compiling script program by JavaScript, the simulating operation of manual paralleling is realized. By the help of the on-line issues of the three dimensional scene and the man-machine interaction process, the goal of the long-distance and the network teaching and training is realized.
Key words: ship switchboard; Web 3D; VRML; manual paralleling operation
0 引 言
船舶配电板又称配电装置,是由主开关、分路开关、负载开关、汇流排以及各分路负载设备等组成的电力配电网络装置.船舶配电板是船舶电站的中枢,其功能是将发电机发出的电能进行汇总,然后配送至各用电设施.根据用途不同,可分为主配电板、应急配电板、分配电板和蓄电池充放电板.[1]本文建模的配电板为主配电板.
现广泛应用于船员培训的船舶电站操作模拟器,是1种采用软硬件结合、有力感和物理量式的模拟器[2],在各类船员适任证书实操培训和评估中发挥着巨大的作用,但同时也存在一些问题,如工作稳定性有待提高、可扩展功能较为薄弱以及二次开发稍显不足等.[2]加上训练人员数量和培训地点等限制,一定程度上影响了培训质量和船舶电站模拟器应用价值的发挥.
随着网络技术、计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术特别是Web 3D虚拟现象技术的快速发展,利用Web 3D技术构建船舶配电板三维场景,实现船舶电站实时、交互式的仿真操作,具有明显的优势和重要意义:可以利用功能强大的互联网实现学员不限次数、不限场地、不限人数和远程网络式的教学与培训工作,在高性价比的基础上提高教学与培训的质量.
1 Web 3D虚拟现实技术与网络式三维建模工具
1.1 Web 3D虚拟现实技术简介
虚拟现实技术是20世纪末兴起的1门崭新的、综合性的信息技术,具有实时三维空间表现能力和自然的人机交互式操作环境,能给人带来身临其境的感受,与网络和多媒体技术并称为21世纪最具应用前景的3大技术.[3]虚拟现实技术是1种新的人机界面,提供1个真正的三维人机接口,是计算机交互图形技术发展的必然结果.Web 3D虚拟现实技术有如下特点:(1)在互联网上利用虚拟现实的方法表现多姿多彩的现实世界;(2)采用网上远程传输与虚拟真实感并举的通信技术;(3)可实现实时、交互和可视化的虚拟仿真,并实时刷新交互界面.[4]
1.2 网络式三维建模工具
图形编辑器VrmlPad是Parallel Graphics公司推出的1种VRML图形编辑器.[5]通过VrmlPad编辑器可编写三维模型的文本代码,生成三维造型;也可对VRML文件进行浏览编辑,对资源文件进行有效管理,提供VRML文件的发布向导,帮助开发者编写和发布VRML虚拟现实作品,其最大的优点是默认保存的文件为*.wrl格式文件,数据量小,只需经过简单优化就可满足基于Web的虚拟场景文件的要求.
3D Studio MAX是美国Autodesk公司推出的1套功能强大的可视化三维建模软件.几何建模、赋予材质与贴图、灯光设计、运动建模和渲染等过程都可在集成环境中操作,用户能及时、方便地观察到设计结果.在3D Studio MAX中可通过组合建模,生成不规则、复杂的几何形状和设备.通过软件自身的接口将所建模型导出,保存为*.wrl格式文件,简化VRML编程的复杂度.[6]
Web 3D tools是1种基于VRML的可视化建模软件和第三方模块化的建模平台,可很方便地创建各种基本造型,也可通过挤压造型等节点创建比较复杂的场景以及给物体添加丰富的材质贴图.在处理物体的移动、旋转以及视点的变化方面比较灵活,可随时拖放;在播放动画帧和各插值方面也较为简单,可直接保存为*.wrl格式文件,可以和VrmlPad互导,有利于VRML文件的阅读与修改,但绘制和生成复杂物体的能力较差.
2 Web 3D船舶配电板模型的建立
2.1 三维配电板的建模过程
(1)采用VRML图形编辑器VrmlPad和可视化第3方建模软件Web 3D tools,对配电板上简单仪器仪表和面板构建三维造型,并进行贴图和材质处理,转化为*.wrl格式文件;(2)利用三维建模软件3D Studio MAX,对配电板上复杂仪器仪表构建三维造型,同时赋予材质、贴图以及灯光设计,优化后通过3D Studio MAX提供VRML Exporter Plug-in,将MAX格式转换为*.wrl格式文件;(3)在Web 3D tools界面中,打开上述2个*.wrl文件,调用Web 3D tools编辑工具,对所建配电板上所有三维仪器仪表和面板造型的大小、位置进行调整、平移、缩放,组合成船舶配电板三维场景;(4)将*.wrl文件导入VrmlPad进行优化和添加脚本,最终生成完整的船舶配电板三维场景模型.建模流程见图1.