近年來，虛擬現實技術與增強現實技術已經廣泛應用於醫療、軍事、航空、航天等領域。對船舶工業而言，虛擬現實技術和增強現實可在船舶設計、建造以及服務等產業鏈帶來顛覆性變革，大幅提高生產效率。
VR\\AR技術
虛擬現實技術(也稱VR技術)是一種高度逼真地模擬人在自然環境中視、聽、動等行為的人機界面技術。增強現實(也稱AR技術)，是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度並加上相應圖像的技術，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術。VR\\AR技術綜合了計算機圖形技術、仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種信息技術，可在多維信息空間上創建一個虛擬信息環境，使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環境完善的交互作用能力，並有助於啟發思維。這種模擬具有兩種基本特徵，即“沉浸”特徵和“交互”特徵。“沉浸”特徵要求計算機所創建的三維虛擬環境能使“參與者”得到全身心置於該環境之中的體驗；“交互”特性主要是指參與者通過使用專用設備實現用人類自然技能對虛擬環境中的實體進行交互考察與操作。因此，VR\\AR技術將從根本上改變人與計算機系統的交互操作方式。
VR\\AR技術對船舶工業領域產生了變革性影響，其視景仿真可用於產品方案評審與市場營銷，運維仿真可用於售後仿真培訓及可視化運營管理，工程仿真可用於工程設計評審、虛擬裝配及人機供銷分析，系統集成可用於CAVE、CADWALL虛擬現實系統搭建。目前，VR\\AR技術已經逐步在船舶設計建造、教育培訓、船舶運營等領域船開始應用，如邁爾船廠的船舶虛擬製造計劃，康士伯的船員培訓系統等，大大提高了船舶設計製造水平，降低了相關成本。
對船舶設計的影響
將VR\\AR技術應用於船舶研製，可以有效克服目前國內船舶研製中設計方法、手段和管理流程存在的問題。國外船廠應用VR\\AR技術開發出3D虛擬場景，可以實時查看、修改船舶設計方案，管理船舶配件，對國內船廠具有較大借鑑意義。
船舶虛擬設計是船舶工程領域中信息化技術應用的較高層次。設計師通過建立船舶產品三維模型來實現產品的並行設計，在計算機中先“造”一艘“完整的船”，設計師就可以“進入”船體內部參觀，科學分析工人建造是否方便、人在船上是否舒適、進行故障模擬等，全方位驗證設計思路，供船舶數字製造過程進行分析校驗、評估評審、彙報演示等，讓船東對產品設計產生直觀感受。2017年8月，七一九所建成船舶行業首個沉浸式虛擬現實系統(CAVE 系統)，該系統能夠為設計人員提供高分辨率三維立體影像、完全沉浸式體驗，為設計人員、客戶、建造廠技術人員提供一個共同參與設計的協同環境，在設計階段就能夠“走進船裡”並在船裡漫遊，對設計合理性進行評估和檢查，提出改進意見。
通過對面向船舶全生命週期的虛擬設計，可大大提高船舶設計的質量，減少船舶建造成本，縮短船舶建造週期。邁爾船廠在2004年開始實施船舶虛擬製造計劃，該項計劃採用IBM公司開發的產品全壽命期管理系統，船舶設計時間縮短30%，建造時間下降20%，產品目錄減少50%，並於2006年在邁爾船廠全面投入使用。
對船舶建造的影響
虛擬製造可增強制造過程中各環節的決策與控制能力。虛擬製造是實際製造過程在信息系統中的映射，即採用計算機仿真與VR\\AR技術，利用網絡各專業協同工作，實現工藝規劃、加工製造、性能分析、質量檢驗等造船業務的管理與控制，增強制造過程中各環節的決策與控制能力。
在船舶建造過程中，通過虛擬現實技術能夠大幅提高生產效率。通過對船廠廠區、船舶內部結構和佈置、船體建造工藝流程等進行逼真的3D可視化虛擬展示，模擬船廠實際建造情況，及時發現並解決在實船建造中可能出現的問題，真正實現殼舾塗一體化與設計、製造、管理一體化，提高生產效率、提升安全性、減少建造費用並縮短船舶建造週期。例如，富士通開發了一款用於管件安裝的AR系統，該系統通過智能手機和平板電腦對安裝管件進行拍攝，系統畫面上可以呈現管件的安裝位置、安裝順序等指導安裝作業的信息，預計應用該系統可以將管件安裝效率提高十倍；2016年日本多家船廠與日本船舶技術研究協會合作開發基於VR\\AR的現場工人行動分析系統和虛擬塗裝作業系統，該系統能分析工人最優作業模型，可縮短約40%的作業時間；國內企業方面，江南造船集團有限公司完全通過數字化建造的船於2019年3月正式下水，該船先由三維體驗平臺進行設計和VR建造模型，提前進行評估，使得這條船的建造效率高了30%，返工率大幅下降了60%以上。
圖1 虛擬船廠交互仿真實驗部分實驗場景
對船舶運營維護的影響
VR\\AR技術還有助於船舶進行虛擬航行仿真。通過VR\\AR技術和衛星、CCTV、雷達、無人機等獲取影像的結合，可以將來往船舶通航情況更為直觀地展現出來，及時為來往船舶提供海況情況，為航海人員和海事管理人員更好地提供助航建議等，保障船舶通航安全。
國外船舶航運企業率先將虛擬現實技術應用於船舶導航、操作、檢修維護等環節，提高了船舶運行安全性和管理效率。 2017年12月，商船三井等開始聯合開發一款使用AR技術的船舶操作系統，並於2019年在2艘船上安裝了AR導航系統，提高了船員的決策能力和船舶的安全性，成功完成試驗後，決定開始在21艘超大型油輪VLCC上安裝AR導航系統；2019年5月，江蘇移動南通分公司聯合招商局郵輪、愛立信(中國)三家單位開始共同探索基於船舶智慧設計及維護的5G+AR輔助生產應用，即在5G網絡下，進行遠程設備安裝維護、快速巡檢、設備交互等操作。
對於航道長度、寬度、深度，錨地位置範圍、碼頭泊位等數據信息，也可以通過VR\\AR技術與測繪數據的結合，直接將數據轉化成影像，供海事管理者和航海人員直觀感知船舶航行環境，快速做出操作反應。2019年4月，加拿大皇家海軍實現了基於AR的船舶運營維護，專家可以在岸基通過交互式3D全息圖以及實時物聯網數據觀測船舶和航道情況並提供操作建議，為無人船的運營奠定基礎。
對教育培訓的影響
VR\\AR技術不僅僅運用於船舶製造的設計、工藝、虛擬航行，還可以運用於開發船舶模擬器，主要應用於船員培訓，船廠技術人員培訓、機構考核認證等。
評定模擬器仿真環境中學員的實際操縱水平，是船員和船廠工作人員教育培訓最核心的任務。模擬器可以模擬多種船型以及多種海況下的駕駛以及工作過程，並能夠對多人協作操船團隊和個人駕駛過程合理性進行綜合評分和評價。通過模擬器進行虛擬仿真實驗解決了大型裝備實驗難以開展、高危實驗無法操作、外地實習不易操控、學生學習興趣不高、優質教學資源匱乏等問題。
國外在船舶模擬器中應用VR技術的研究時間較早，其中著名的有挪威的Kongsberg和KMSS公司、英國Transas公司和BMT公司等。英國Transas公司在ERS-4000型輪機模擬器中加入VR技術，使其具有機艙場景漫遊及重要設備的交互功能；美國諾福克海軍造船廠(NNSY)已與亨廷頓英格爾斯工業公司合作，對船舶進行激光掃描併為諾福克海軍造船廠員工進行虛擬培訓模擬，工程師能夠在不離開辦公室的情況下，在船上進行船舶檢查和培訓。國內大連海事大學基於VR技術自主開發了航海、輪機模擬器，為國內眾多駕駛操控設備、自動舵系統、導航雷達、綜合船橋系統(IBS)、船舶機艙等提供了仿真驗證平臺，學生利用模擬器能夠自行檢驗學習效果，不受時間、空間和實驗條件限制；南通中遠海運川崎通過對VR噴塗作業培訓系統的開發應用，對採集數據的統計、存儲和分析，實現了對噴塗作業培訓者技能狀況、成長軌跡建檔，並對整體的噴塗技能水平進行分析和評估的功能。
對船舶檢驗的影響
VR\\AR技術以及數字孿生技術在船舶領域的發展為船舶遠程檢驗提供了可能。船級社可以通過數字手段遠程獲取船舶設計的數字模型進行設計的檢驗認證，也可以遠程獲取船舶建造以及運營過程中的數據，監控船舶的建造及運營狀態，簡化船舶檢驗發證的過程，提升檢驗認證效率。
隨著智能化、數字化技術在造船工業的普及應用，以VR\\AR技術為代表的新一輪科技革命將推動船舶設計、建造、運營維護、船員培訓、船舶檢驗等全生命週期的發展變化。我國作為造船大國，應該積極關注VR\\AR等先進技術的發展前景，積極推進相關技術在造船領域的深度應用，實現我國船舶工業的高質量發展。
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