船舶驾驶模拟器利用虚拟现实仿真技术营造一个虚拟的船舶驾驶环境，再搭配音响效果，使人员沉浸到虚拟环境中，真实的感知客观世界。通过模拟器的操作部件与虚拟环境的人机交互，不仅可以实现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，船舶驾驶模拟器还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。
船舶驾驶模拟器由硬件系统与软件系统组成。
1. 系统硬件
船舶驾驶模拟器所需要硬件设备包括如下五个方面：
（1）控制装置(舵轮、车钟)，用于船舶操纵；
（2）罗经，用于显示航向；
（3）电子海图，用于引导航行及定位；
（4）导航雷达，用于标绘周围状态，确保航行安全；
（5）多通道视景处理设备与投影设备，用于生成立体显示效果，增加沉浸感。
船舶驾驶模拟器采用实物设备与虚拟设备相结合的方式进行设计。其中，罗经、电子海图与导航雷达均采用计算机模拟的方法来实现，它不但可以节省成本，而且还可以在功能上进行自由扩展。除上述所需要的硬件设备外，要达到模拟船舶运动，具有真实船舶运动特点，还需要根据船舶的物理参数对船舶运动特性、动力推进系统以及其运动控制系统进行实时的数学物理仿真模拟，在船舶操纵过程中监控船舶的动动状态，对不正常的参数进行报警，因此，船舶的运动仿真系统、监控与报警系统同样也是本系统的重要组成部分，通过对应的计算机进行模拟仿真。除上述所涉及硬件与模拟仿真系统以外，要实现数据的采集与传递，还需要有相应的信号采集与信号转换的设备。
2. 软件系统
软件系统是船舶驾驶模拟器的核心内容，主要适用于实现：计划并引导航行及定位、使用雷达与自动雷达标绘仪以保持航行安全、应急反应、操纵船舶等功能。软件系统主要涵盖有如下子系统，即：船舶运动仿真系统、船舶监控报警系统、电子海图模拟系统、导航雷达模拟系统、三维立体视景显示系统以及虚拟罗经显示系统。
1.1 船舶运动仿真系统
船舶运动仿真系统是为船舶的运动状态提供数据支持的系统，它是以真实船舶为原型，通过数学物理物理模型的形式来表现，最终通过计算仿真来得到计算结果。完整的船舶运动仿真数学物理物理模型是一个复杂的模型，本系统采用13000DWT散货船的基本参数，可以将其分解成以下五个部分，即：1)船体数学物理模型；2)增压柴油机数学物理模型；3)传动设备数学物理模型；4)螺旋桨数学物理模型；5)舵作用下的船舶回转数学物理模型。其中，最为复杂的模型为增压柴油机数学物理模型，该船采用瓦锡兰6L38柴油机，具有涡轮增压系统，因此，该增压柴油机数学物理模型由压气机数学物理模型、中冷器数学物理模型、空气流量数学物理模型、柴油机的有效扭矩数学物理模型、气缸排气温度数学物理模型、涡轮机数学物理模型以及调速器数学物理模型所构成。船舶运动仿真系统是根据船舶的性能参数所搭建的Simulink数学物理模型，运行于MatlabSimulink平台，它以UDP协议接收方式，接收数据库中船舶运动的控制指令，并将该指令以控制供油量的方式传递给增压柴油机数学物理仿真模型进行仿真，仿真结果包括：柴油机有效扭矩、排气温度、冷却水温度、增压机进排气压力及温度等多项柴油机工作性能指标，这此指标也是对柴油机进行监控的重要数据源。在柴油机进行实时数学物理仿真的同时，其仿真出来的结果也将传递给其它数学物理仿真模块进行模拟仿真，并得到相应的结果，包括螺旋桨的推力及转速、船舶的航向、航速以及船舶当前所处的位置等船舶运动信息，船舶运动仿真系统会将计算出来的信息以UDP协议发送方式实时的发送出去，并最终存入到数据库中，做为数据源供其它系统使用。
1.2 船舶监控报警系统
船舶监控报警系统能够将船舶的运行状态参数直观的反映在显示器上，并能根据其参数值判断该参数是否处于报警区域，决定是否发出报警信号，确保船舶正常运行。为了增强该系统的可读性，便于使用者快速获取信息，将其分为船舶监控与报警两个部分，分别运行于局域网上的两台计算机。船舶监控与报警系统运行于组态软件平台，其数据由船舶运动仿真系统计算出，存储于数据库中的运行参数提供，通过组态软件本身的数据转存工具获取数据库中的数据，并最终通过组态软件的仪表控件与报警控件来进行数据的显示与报警。此外，船舶监控系统还具有信号采集与控制的功能，通过组态软件与硬件设备之间的驱动程序，实现与外部硬件设备的数据交换，结合数据转存工具，不仅能够将采集的外部指令信息存储到数据库中，作为其它系统的数据源，而且还能从数据库中获取数据，显示到监控界面上或传送到外部的硬件设备，实现对外部设备的控制。
1.3 电子海图模拟系统
电子海图模拟系统以矢量海图数据为依托，实现航线设计、航迹记录、船位显示等海图作业功能。本系统中，根据中级电子海图的要求来设计电子图模拟系统，其所要求的高精度的无线电定位设备将采用模拟GPS信号的方式来处理，通过数据库中的船舶航速、航向以及初始位置计算当前时刻的船舶位置，以经纬度的形式输出。同时，为了满足中级船舶操纵模拟器对物标船舶要求，系统中还添加了物标船管理的功能，通过设置物标船的船速、航线，来控制物标船的运动。并将物标船的运行信息实时的写入数据库，做为物标船的数据源，供导航雷达模拟系统进行船舶信息的获取。
1.4 导航雷达模拟系统
导航雷达模拟系统是能够实时的反映出船舶周围状态的系统，它通过对地形数据进行处理，生成地图的雷达扫描图像，显示到监视屏幕上，有助于安全航行与避碰。系统针对雷达设备性能新的标准设计。利用MapX组件开发工具对原始海图数据进行处理，生成雷达扫描的背景图像，再结合虚拟仿真开发平台，开发系统所需的各种标识线，最后通过对数据库的读取，获取船舶运动信息，并根据这些信息，一方面将其物标船的位置显示于雷达扫描图像上，另一方面通过对信息的处理实现船舶避碰预警功能。
1.5 三维立体视景显示系统
三维立体视景显示系统其功能是生成视景，模拟船舶在航行过程中船舶操纵人员所观察到的海洋环境。为了满足中级船舶驶驶模拟器对视景的要求，在视景的处理上通过三个步骤来完成：首先，利用建模工具创建了沿岸水域的视景模型，包括：港口、海洋、天空以及系统使用的船舶模型等；其次，利用图形渲染工具对模型进行渲染，生成沿岸水域视景，其中船舶的运动状态，依据数据库中船舶运行参数来控制；最后，为了增加视景的沉浸效果，适应当前虚拟现实技术的发展趋势，故在视景处理上采用多通道，被动式三维立体显示投影技术，通过两台图形渲染计算机处理视景，生成左、右眼的视景信号，再利用投影设备透过偏光镜片投影到同一幕布上，生成左、右眼的视景图像，观察者通过佩戴偏光眼镜形成立体感觉，从而使视景更加真实。
1.6 虚拟罗经显示系统
虚拟罗经显示系统其功能是在船舶航行过程中指示航向，系统中利用一台显示器对其进行模拟，通过建模工具对罗经进行建模，再利用图形渲染工具渲染罗经模型，生成罗经图像，最后通过获取数据库中的航向信息，控制罗经的旋转角度，显示出船舶当前的航向。
船舶驾驶模拟器可用于对操作级船员进行的教学培训与适任评估任务标准中的保持安全航行值班及对海上遇险信号的反应训练，对于船员技能的培训、船舶性能的检测以及港口航道性能的分析都有着非常现实的作用和意义。
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