基于虚拟现实技术的船舶船体结构设计评审方法研究

摘要：船舶设计是一个复杂且多学科交叉的过程，涉及多个阶段和众多参与方。传统的设计评审方法主要依赖于二维图纸和三维模型的静态展示，难以直观地呈现设计细节和潜在问题。近年来，虚拟现实（VR）技术在多个领域得到了广泛应用，其沉浸式和交互性的特点为船舶设计评审带来了新的可能性。本文旨在探讨基于虚拟现实技术的船舶船体结构设计评审方法，分析其优势、应用流程及面临的挑战，以期为船舶设计领域提供新的思路和工具。

关键词：虚拟现实技术，船舶船体结构设计，评审方法，探讨

1引言

虚拟现实技术通过计算机生成的虚拟环境，使用户能够沉浸其中并与之交互。在船舶设计中，VR技术可用于创建船舶的虚拟模型，实现从总体布置到细节设计的全方位展示。其主要特点包括沉浸感、交互性和构想性，能够为设计评审提供更加直观和全面的视角。因此有必要对其展开相关的研究。

2虚拟现实技术在船舶设计中的应用现状

目前来看，VR技术在船舶设计中的应用已取得了比较多的进展。例如，迈尔船厂的船舶虚拟制造计划通过VR技术实现了设计阶段的虚拟评估与优化，显著提高了设计的质量和效率。此外，康士伯的船员培训系统也利用VR技术为船员提供了沉浸式的培训环境。以上这些应用表明，VR技术能够有效提升船舶设计和建造的效率与质量。

3基于虚拟现实的船舶船体结构设计评审方法

3.1 虚拟模型的构建

构建精确的虚拟模型是船舶船体结构设计评审的重要基础。通过三维建模软件，结合船舶设计数据，创建船体结构的虚拟模型。该模型应包含船体的几何形状、材料属性以及关键结构部件的详细信息，以确保评审的准确性。而在船舶设计阶段，应用虚拟评估与优化技术，设计单位、制造厂、配套厂、船东、客户等各方共同参与，对船舶的总体布置、舱室布置、设备布置、系统管路与电缆走向、结构开孔等进行总体协调与平衡。这些步骤对于提高船舶产品的设计质量、可制造性、可维护性等具有重要的现实意义。

在虚拟环境下，设计人员可以对船舶的总体布置进行仿真，建立船体、舱室、设备、装置、逃生装置等完整的数字化环境。以总体功能和性能发挥最佳效能、安全性、装备安装和操作空间、可操纵性、船员逃生、船员舒适性等为评价原则，对船舶总体布置的合理性进行验证和优化。

此外，采用专业工具将船舶的设计模型导入仿真软件，在虚拟环境下建立逼真的1:1全尺寸虚拟模型，各舱室内部安装着千百台与实际设备相同尺寸的虚拟设备模型和综合交错的系统管路和电缆。船舶设计、建造与使用人员共同参与，齐心协力进行舱室布局的虚拟评估。通过反复调整每一台设备、装备的位置，最终可以实现舱室布局的进一步优化。

在构建虚拟模型的过程中，还需开展所有水密舱室结构开孔位置的虚拟评估，确保开孔位置的合理性，并在加工阶段进行数控切割提供依据。在虚拟环境下，船舶设计、制造、使用、配套等各方人员在设计阶段共同参与虚拟综合平衡，实现所有设备、仪表、系统管路、电缆的合理布置和精确定位，并取得整个船舶的协调平衡，从而在设计过程更全面的考虑建造、使用和维修等方面的问题。

3.2 评审流程

（1）虚拟环境搭建

创建沉浸式的虚拟环境是基于 VR 的设计评审流程的首要步骤。这一过程涉及将船舶设计的三维模型导入到专业的虚拟现实软件中，构建出一个高度逼真的虚拟场景。在这个虚拟环境中，评审人员能够身临其境地感受船体结构设计的每一个细节，仿佛置身于真实的船舶内部。通过精确的建模和纹理映射，虚拟环境不仅能够呈现船体的几何形状，还能模拟真实的光照条件、材质质感以及空间布局，为评审人员提供直观且全面的视觉体验。此外，虚拟环境的搭建还需考虑用户交互界面的设计，确保评审人员能够方便地在虚拟场景中自由移动、缩放和旋转视角，从而全方位地观察和评估船舶设计的各个方面。

（2）交互式评审

交互式评审是基于 VR 的设计评审流程的核心环节。评审人员通过佩戴 VR 设备，如头盔显示器和手柄控制器，进入虚拟环境并与虚拟模型进行实时交互。在这样的过程中，评审人员可以近距离检查船舶船体结构设计的细节，包括结构部件的尺寸、材料属性、连接方式以及设备的布局等。通过交互操作，评审人员能够对设计进行全方位的评估，判断结构的合理性、操作的便利性以及空间的利用效率等关键因素。例如，他们可以模拟实际操作流程，检查设备的操作空间是否足够，或者评估逃生通道的可达性。此外，交互式评审还支持多人协作，不同专业的评审人员可以同时进入虚拟环境，进行跨学科的讨论和评估，及时发现潜在的设计问题并提出改进建议。

（3）问题记录与反馈

在基于 VR 的设计评审过程中，实时记录发现的问题并进行标注和说明是确保设计质量的关键环节。通过 VR 设备，评审人员可以身临其境地感受设计细节，及时发现潜在问题。这些问题可能涉及结构合理性、空间布局、操作便利性等多个方面。为了确保问题能够被准确记录和传达，评审人员可以利用 VR 环境中的标注工具，直接在虚拟模型上进行标记和注释。这些标注不仅能够直观地指出问题所在，还能附带详细的说明文字，便于设计团队理解和后续的改进工作。此外，VR 环境还支持多人协作，不同专业的评审人员可以同时参与其中，实时交流，发现和解决问题，进一步提高评审效率。

（4）优化与迭代

根据评审反馈对设计进行优化是基于 VR 的设计评审流程中的重要步骤。设计团队根据评审人员在 VR 环境中记录的问题和建议，对设计方案进行调整和改进。这个过程通常需要多次迭代，以确保设计满足所有要求。在每次优化后，重新进入 VR 环境进行评审，检查改进措施是否有效，是否存在新的问题。通过这种方式，设计团队能够在虚拟环境中快速验证设计变更，减少因设计错误导致的物理模型修改成本。此外，VR 技术的实时性允许设计团队在评审过程中即时调整模型，实现船体结构设计的动态优化，从而加快设计的周期。

3.3 优势与挑战

基于虚拟现实（VR）技术的设计评审方法因其独特的优势而在设计领域备受瞩目。这种方法能够显著提升设计评审的效率，通过模拟场景让设计师和评审专家无需亲身到场就能对设计方案进行全面评估。此外，VR技术还有助于降低设计错误率，因为它可以提供一个更为直观的环境，使设计者在构思过程中更加注重细节，从而减少实际制作时可能出现的问题。同时，它还极大地增强了团队成员之间的协作能力，特别是对于跨部门或国际合作项目来说，利用VR进行远程评审显得尤为重要。

尽管基于VR的设计评审方法带来了诸多好处，但它也存在一些不容忽视的挑战。首先，高昂的硬件成本可能会给船舶制造企业带来经济负担，这在初期可能难以被接受。其次，不同软件之间的兼容性问题同样需要解决，以确保不同系统之间的无缝对接和数据共享。再者，数据处理的复杂性也是一个亟待解决的难题，需要开发出更高效的算法来处理和分析大量的3D模型和其他相关信息。

为了克服这些严峻的挑战，未来的研究工作应当集中在优化VR技术在船舶船体结构设计中的应用上。这包括探讨如何利用现有的硬件资源来最大限度地发挥VR技术的潜力，并探索新的技术手段来降低成本和提高用户体验。同时，研究人员也应该致力于开发易于使用且功能强大的VR应用程序，以便设计师和评审者能够轻松地利用这项先进技术进行设计评审。只有这样，VR技术在推动船舶设计行业进步方面才能发挥出其应有的作用。

4结论

基于虚拟现实技术的船舶船体结构设计评审方法具有广阔的应用前景。通过构建沉浸式的虚拟环境，评审人员能够更加直观地评估设计细节，及时发现并解决问题。尽管目前该方法还面临一些技术挑战，但随着VR技术的不断向前发展，其在船舶船体结构设计中的应用将会日益广泛。未来的研究应进一步探索VR技术与其他设计工具的集成，以实现更加高效和智能的船体结构设计。

参考文献

[1]李立红.基于虚拟现实交互技术的船舶数字化服务平台设计[J].舰船科学技术,2024,46(11):182-185.

[2]姚远.虚拟现实技术的船舶三维建模设计研究[J].舰船科学技术,2021,43(20):4-6.