船舶虚拟仿真操纵平台基于航海人员的船舶驾驶培训需求,利用虚拟现实仿真技术开发一个虚拟的船舶驾驶环境，不仅可以搭建不同工况的海洋航行场景，为操纵者提供逼真的驾驶环境，还可以模拟船舶的动力系统、操舵系统等。
受训者通过模拟器的操作部件与虚拟的环境实现人机交互，不仅可以对船舶进行日常操纵管理训练，还能够模拟复杂条件下船舶航行状态，来丰富船员的实际经验，增强船员的应急处置能力，避免在海上发生由于误操作而造成损害实船设备的事件，达到训练船舶驾驶人员的效果。此外，该系统可以根据设计好的船舶参数，来变更系统框架下的船舶模型参数，不同的港口航道环境模型，通过模拟驾驶，不仅可以得到船舶在虚拟环境中的运行状态，还可以检验港口航道设计的合理性与船舶适航性。
1. 船舶虚拟仿真操纵平台实训内容
1.1船舶操纵性能的测试
通过船舶虚拟仿真操纵平台让学生能掌握船舶主要操纵性能的测试方法，掌握船舶的旋回性、惯性和航向稳定性方面的操纵特性，并了解船舶在特定的船速和不同的装载情况下的操纵性能情况及其特点。
1.2 风、流对船舶操纵的影响
虚拟仿真平台可以模拟不同的风速和流向，让学生了解和掌握风、流对船舶旋转时所产生的影响及相应的结果，并让学生针对不同影响因素进行船舶的操纵训练。从而使掌握根据不同风向和水流调整航向和速度，以维持船舶的稳定性和航向。进而让他们能在日后的工作中注意到这些影响力的存在，并在实践中防止这些影响对船舶造成的不利后果。
1.3 紧急情况下的应急操纵
通过船舶虚拟仿真操纵平台让学生了解和掌握在紧急情况下（如主机失效、舵机故障等）船舶的应急操纵方法。通过模拟这些紧急情况，学员可以练习使用备用设备、进行应急转向和减速等操作。
1.4 船舶靠离泊操纵
靠离泊是船舶操作中技术要求较高的部分，船舶虚拟仿真操纵平台可以模拟多种靠离泊情况，包括顺风、逆风、顺流、逆流等。
通过船舶虚拟仿真操纵平台可让学生了解船舶靠、离泊的全过程，熟悉靠离泊的操纵方法及要领，靠离泊过程中车、舵、缆绳、拖轮 的正确运用，对靠离泊的全过程有一个较为全面的感性认识。
1.5 锚泊操纵
锚泊是船舶在无码头或需要等待时的一种停泊方式，船舶虚拟仿真操纵平台可以模拟不同的锚地条件，让学员练习在各种海况下进行锚泊操作，了解船舶锚泊作业的全过程，熟悉 和掌握船舶抛锚作业的基本方法、操作步骤与注意事项等。
2. 船舶虚拟仿真操纵平台开发
船舶虚拟仿真操纵平台开发流程主要包含船舶运动的建模、船舶运动的数据驱动仿真。
2.1 船舶运动的建模
为了使虚拟现实演示的真实感强，需要制作三维效果较好的三维舰船演示模型，模型的视觉效果决定了最终的三维动画演示的真实感。建模流程如下：
2.1.1 资料收集
船舶建模所需的主要资料包括船舶主要位置的坐标值和纹理图。因为船舶属于超大型运输工具， 故外形数据不方便通过测量直接获取。船舶外形主要位置坐标值由 DWG 格式的船舶设计图导入。纹理贴图可通过实船拍摄的方式获取。平面图和结构图应采用不同的拍摄方式， 平面尽可能采用背光、斜向拍摄; 结构图应该选择能突出结构特点的角度拍摄。
2.1.2 模型搭建
在前期通过数据导入获取船舶框架后，可通过实地测量获取船舶结构细节和设备实体的尺寸，船舶结构细节和设备实体应尽可能与实船相符，在需要体现细节的位置( 如: 罗经花等) ，可根据需要适当调整。
在将纹理贴图导入前，应将纹理贴图运用 Photoshop 图形处理软件进行处理。一方面消除纹理贴图拍摄时点光源和明暗度对图片的影响;另一方面需要将图片进行拉伸裁剪，保证图片的宽度和高度都应该是 2 的幂， 同时将拍摄的图片保持为ＲGBA 格式。
2.1.3 模型驱动
鉴于模型中需考虑船舶和海浪的相互作用， 以及虚拟船舶实训平台的网络结构需求， 故选择具有丰富的开发工具、开发速度快、支持多平台程序发布的 Unity3D 作为视景引擎进行驱动。
2.1.4 波浪系统
虽然 Unity3D 提供了许多水面渲染和水波特效的工具， 但其主要侧重视觉效果， 与具体海区的波浪特性并不存在对应关系。为了保证仿真精度， 船舶所处的海洋环境可通过波谱生成单向的随机波的方式获取。
2.2 船舶运动的数据驱动仿真
在三维软中完成了船舶三维建模工作后，剩下最重要的是船舶运动的数据驱动仿真。船舶运动的数据驱动仿真主要采用矩阵变换技术实现视景体的设置与动画的演示，主要有投影变换和几何变换两种。投影变换操作投影矩阵，设置视景体，包括正射投影变换和透视投影变换；几何变换操作模型矩阵，实现动画演示，主要有平移变换，旋转变换、缩放变换等。
船舶是按照操纵运动方程计算出来的轨迹运动的，仿真程序计算出来的轨迹数据包括船舶操纵运动轨迹与航向角。船舶在三维场景中的运动画面可利用定时器每隔40ms 绘制一帧来实现。每帧中船舶的方位和姿态变化可以采用虚拟仿真系统开发软件中的平移命令和旋转命令，利用矩阵变换来实现船舶运动的数据驱动仿真。
船舶虚拟仿真操纵平台可模拟实船海上航行，真实感强，可以明显提高教学效果，并具有一定的实践操作性和实际应用价值。
推荐案例：灵图互动船舶驾驶虚拟仿真实训平台
