基于3d实景漫游的交互式船舶机舱虚拟训练系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶机舱虚拟训练设备技术领域，具体地指一种基于3D实景漫游的交互式船舶机舱虚拟训练系统及方法。
【背景技术】
[0002]船舶机舱包含了船舶动力装置的操作部分与显示部分，是船舶运行的“心脏”部位，因机电部门的船员操作失误或是对故障处置不当造成的事故时有发生，因此，机电部门的船员在上船前都必须对机舱设备的相关知识和操作进行系统的学习和掌握。
[0003]目前，船舶机电相关的教育教学主要还是以课堂讲授为主，学员对机舱的整体环境、设施设备、管路布局、仪表分布等不甚了解，特别是涉及到设备的操作时，学员很难有直观的认识，导致学习效率低、效果差。而依赖实船进行实践教学通常时间短、受限多、可训练的科目少，学员到实船上，如果不是合适的时机，船舶一般也都处于停泊工况，学员不能对船舶整个启动、运行的流程及各个工况的操作有清楚的认识。
[0004]目前，针对上述问题，为提高受训人员机舱设备操作能力所研制的训练模拟器主要是通过搭建基于实装的硬件屏台，通过这种方法所构建的训练平台能够在一定程度上满足受训人员的培训需求，但存在投入成本高、场地设施要求高、器材维护保养费用高等问题。因此，迫切需要一种能够满足学员培训需求，又经济、高效、逼真度高、实现简单的船舶机舱训练系统。
[0005]参考文件I( “船舶机舱模拟训练器研究”，余世林，船海工程，第六期，第88-90页，2009年12月)提出了一种船舶机舱模拟训练器的系统架构以及其拟实现的各种功能，其中包括第二页3.2小节中提到的建立三维虚拟环境，实现船舶装备虚拟场景漫游，并根据视点要求实时驱动虚拟场景动态变化，但其并未涉及到具体实现的办法及其具体的实施方式，只是在设计层面上提出相应要求，未涉及任何与之相关的具体的技术、方法，不具有可操作性。参考文件2(“船舶机舱综合模拟训练系统的设计研究”，余世林，中国造船，第二期，第184-189页，2010年6月)、参考文件3(“船舶主动力装备模拟训练系统的开发与研制”，王术新、余世林，中国造船，第四期，第28-30页，2008年8月)与参考文件I的情况一致。参考文件4(“基于Krpano的全景编辑系统设计与实现”，朱国情，2012年第14届中国系统仿真技术及其应用学术年会，第1020-1024页，2012年11月)提出了一种基于Krpano的全景图拼接技术，并采用了 xml解析技术构建了一个基于web服务平台的可视化全景编辑系统，但并未涉及将Flex控件内嵌于全景图并实现数据通信中的相关技术，更没有涉及与上位机仿真平台的数据互通。对于公布号为CN104751391A、名称为《一种虚拟仿真培训平台的构建装置及应用》的专利给出了一种真实感强烈的实景导游虚拟仿真培训平台，支持对三维场景中对象和事件的触发，可以实现自动或是手动漫游，但是未涉及到与三维场景中对象或是事件的互操作和数据通讯，只是将需要讲述的知识预先存储在其数据库中，未实现“人机”互动，不能实现操作训练。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于3D实景漫游的交互式船舶机舱虚拟训练系统及方法，该系统及方法可解决在实船进行实践教学中存在的时间短、受限多的问题，从而提高船舶机舱设备教学质量。
[0007]为实现此目的，本发明所设计的基于3D实景漫游的交互式船舶机舱虚拟训练系统，它包括上位机、动态数据交换协议(DDE ,Dynamic Data Exchange )与TCP/1P(Transmiss1n Control Pro toco I/Internet Protocol，传输控制协议 / 因特网互联协议)协议转换模块、搭载了主动力装置教学仿真模型的MINIS仿真平台(教练台)、具有船舶机舱全景三维图及FLEX控件的全景显示模块，其中，所述上位机的通信端和动态数据交换协议与TCP/IP协议转换模块的动态数据交换协议端接口之间通过动态数据交换协议进行通信，全景显示模块的通信端和动态数据交换协议与TCP/IP协议通信模块的TCP/IP协议端接口之间通过TCP/IP协议进行通信，MINIS仿真平台的通信端连接上位机的仿真数据通信端。
[0008]一种基于3D实景漫游的交互式船舶机舱虚拟训练系统的构建方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0009]步骤1:采用图像采集设备采集船舶机舱图像，并采用全景显示引擎软件工具编辑合成船舶机舱全景图像；
[0010]步骤2:根据船舶机舱内部的实物模型，利用Flex控件(Flex控件是一个高效、免费的开源框架，可用于构建具有表现力的网络应用程序，在发明中，利用其编辑的Flex控件可以插入3D全景图中，以仪表、按钮、指示灯、车钟等为表现形式，效果逼真并具有数据通讯能力)编辑器创建每一个需要进行显示和操作的船舶机舱部件模型，并设置Flex控件编辑器创建的船舶机舱部件模型的工况参数、名称、TCP/IP协议通讯端口及所需要连接到的上位机的IP地址;并利用全景显示引擎软件工具提供的热点功能，将利用Flex控件编辑器创建的各个船舶机舱部件模型缝合到船舶机舱全景图像中；
[0011 ]步骤3:在MINIS仿真平台内建立船舶主动力装置教学仿真模型，即建立能够真实模拟船舶主动力装置在各工况下稳定运行的数学模型；
[0012]步骤4:配置动态数据交换协议与TCP/IP协议通信模块，实现MINIS仿真平台中的船舶主动力装置教学仿真模型与缝合了船舶机舱部件模型的船舶机舱全景图像之间的交互通信。
[0013]一种基于3D实景漫游的交互式船舶机舱虚拟训练方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0014]步骤1:在MINIS仿真平台的主动力装置教学仿真模型中选择联盘运行，即仿真模型开始进行发送和接受数据，使得MINIS仿真平台在上位机中建立动态数据交换协议服务器；
[0015]步骤2:将上位机中的通讯配置文件、动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序置于同一根目录下，然后打开动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序，动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序首先自动读取通讯配置文件，再根据上位机所设置的IP地址连接到MINIS仿真平台，并在上位机中建立与MINIS仿真平台进行通讯的动态数据交换协议通讯客户端，动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序根据所述通讯配置文件中船舶机舱部件模型在动态数据交换协议下的名称及输入输出属性，为每个船舶机舱部件模型建立与上位机基于动态数据交换协议的通讯，即实现了动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序与MINIS仿真平台基于动态数据交换协议的通讯连接；
[0016]步骤3:在动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序中建立TCP/IP协议的服务端，根据通讯配置文件中的端口信息，动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序为每一个船舶机舱部件模型打开所对应的通讯端口，等待与Flex控件连接；
[0017]步骤4:打开Flex控件，Flex控件根据所设置的IP地址连接到动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序，并根据每个船舶机舱部件模型的名称及TCP/IP通讯端口建立和动态数据交换协议与TCP/IP协议通信程序的网络连接，该网络连接为基于TCP/IP协议的网络连接，Flex控件为TCP/IP协议通讯连接的客户端，将利用Flex控件编辑器创建的各个船舶机舱部件模型缝合到船舶机舱全景图像中后，